球果蔊菜 許多重金屬是生物體的非必需元素,，高濃度的重金屬對大多數(shù)動物有致畸、致癌,、致基因突變和損傷器官等危害,。而且，重金屬的蓄積性很強,，在環(huán)境中相對穩(wěn)定不能降解,，使得重金屬污染治理十分困難。中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所周啟星,、魏樹和等研究人員通過對雜草進行系統(tǒng)篩選發(fā)現(xiàn),，龍葵、球果蔊菜和三葉鬼針草3種植物具有重金屬超富集現(xiàn)象和特征。其論文《球果蔊菜對重金屬的超富集特征》發(fā)表在最新一期的《自然科學進展》上,。
讓人頭痛的重金屬難題
由于人們生活水平的不斷提高,，日常生活用品中的重金屬有所增加，同時大量電子產(chǎn)品廢棄物未經(jīng)處理與生活垃圾一起堆放,，造成垃圾中重金屬增多,。垃圾中的重金屬一方面對堆放地及周邊土壤造成污染，另一方面垃圾滲濾液排入河流或滲入地下水,，造成地下水污染,。研究表明：1噸垃圾可產(chǎn)生800毫升碳酸，而這些碳酸能使垃圾中的汞,、鎘,、鋅等重金屬以鹽的形式溶入水中。
“人為原因和自然因素都可能造成重金屬污染,?！蔽簶浜蛯Α犊茖W時報》記者說，“一些工業(yè)廢水的排放,，人們在重金屬采礦,、選礦、冶煉時產(chǎn)生的廢水,、廢渣處置不當都會使重金屬通過各種途徑污染農(nóng)田,。日常生活中有大量的鎳鎘電池等電子垃圾被隨意扔掉，這也是環(huán)境中重金屬污染的一個重要來源,。此外,，在一些礦區(qū)，重金屬也會因為成礦作用而使得礦區(qū)周圍土壤受到污染,?！?/div>
20世紀60年代，日本富山縣神通川流域由于鉛鋅冶煉而排放的飲用含鎘污水污染水稻,，居民長期食用含鎘稻米和含鎘水引起鎘中毒,，造成1004人中毒，206人死亡,。幾乎在同一時間,，我國沈陽地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了因長期污灌導致的土壤鎘等重金屬的大面積污染問題。近年來,，周啟星等人的研究顯示,，在沈陽鐵西某鉛鋅冶煉廠廢址上，土壤中重金屬污染十分嚴重：鎘平均含量70.7毫克/千克,，銅2974.8毫克/千克，鋅3018.1毫克/千克，鉛4020.4毫克/千克,。
而在徐州馬河區(qū)域,，土壤中的鉻、銅,、鋅,、鉛污染主要是由垃圾引起的，鎘污染是由農(nóng)灌和垃圾引起,。我國江蘇省沿海地區(qū)以及上海市,、遼寧省西部、浙江省溫州,、遂昌等地前些年也出現(xiàn)了鎘中毒人群,，其主要原因是由垃圾中鎘污染引起的。
目前,，常用的重金屬污染治理方法有物理方法（客土法,、蒸汽浸提法、玻璃化法,、電動力學法等）,、化學方法（化學淋洗法、溶劑浸提法,、氧化法,、還原法等），但這些方法工程量大,，投資昂貴,，修復成本極高，需要破壞土壤理化性質(zhì),，只能治理小面積污染,，很難大面積應用。在這種背景下,，對環(huán)境擾動少,、修復成本低且能大面積推廣應用的重金屬污染植物修復技術應運而生，為重金屬污染治理提供了新途徑,。
篩選超富集植物的新途徑
植物修復是利用植物提取,、吸收、分解,、轉(zhuǎn)化或固定土壤,、沉積物、污泥或地表,、地下水中有毒有害的污染物技術的總稱,。國外很早就發(fā)現(xiàn)了重金屬超富集體的存在,，早期主要是利用指示植物來發(fā)現(xiàn)特定的礦床，這種方法在美國和俄羅斯發(fā)現(xiàn)鈾礦中起到重要作用,。1983年,，Chaney首次提出利用某些能夠超富集重金屬的植物清除土壤重金屬的思想，這一思想很快受到世界研究者的重視,，盡管已發(fā)現(xiàn)的超富集植物有幾百種,，但較成熟的植物提取修復技術還很少報道。
“超富集植物有幾百種之多,，最受關注的是富集那些對環(huán)境危害較大的重金屬的十幾種,，如鎳、砷,、鎘,、鉛、鋅,、銅,、汞等?！蔽簶浜驼f,，學術界目前對超富集植物的衡量標準還有些爭議。周啟星等人提出的四個標準是目前有關這一問題最準確的提法和學術見解,。這四個標準包括：一是臨界含量標準,，如鎘的臨界含量是100毫克/千克，鋅,、錳超過1萬毫克/千克,，鉛、銅等超過1000毫克/千克,；二是植物地上部分的重金屬含量要大于根部,；三是和沒有污染的植物相比，生物量（植株大小,、莖葉生長狀況等特征）不能明顯減少,；四是要考慮富集系數(shù)，就是植物體內(nèi)的重金屬含量一定要大于土壤中的含量,，即富集系數(shù)大于1,，至少當土壤中重金屬含量高到足以使植物體內(nèi)富集的含量大于超富集植物臨界含量。
“我們一直堅持考慮富集系數(shù)這一標準,?！蔽簶浜驼f，“一般來講,，植物體內(nèi)重金屬含量隨土壤中含量的增加而提高,。比如,，鉛的超富集標準是1000毫克/千克，如果當土壤中鉛含量小于1000毫克/千克時,，植物地上部（主要是莖或葉）鉛含量大于1000毫克/千克,，那沒有問題。如果土壤中是1萬毫克/千克,，植物才富集1000毫克/千克，富集系數(shù)就很低了,，其作用就值得懷疑了,。”
在長期研究中,，周啟星的研究團隊發(fā)現(xiàn),，雜草是介于野生植物和作物之間，既有野生植物性狀又有某些栽培性狀的植物,。農(nóng)田雜草在生長過程中要和作物爭光,、爭水、爭肥,，其生長迅速,、抗逆境能力和吸收能力很強，這種較強的吸收特性可能利于雜草對重金屬的富集,。同時農(nóng)田雜草也具有某些栽培性狀,，便于修復管理。因此農(nóng)田雜草對植物修復來說是一類理想的植物資源,。
目前篩選超富集植物主要有兩種方法,，一是到受某些重金屬染污的地方，或某些重金屬含量較高的地區(qū)去廣泛采集植物,，然后測定植株及相應土壤中重金屬含量,。“但這樣會存在一個問題,，采集地土壤中的重金屬含量可能非常高,，也可能非常低?？赡苡龅较旅鎯煞N情況：植物富集系數(shù)雖大于1,，但其臨界含量卻達不到超富集植物標準；或者其臨界含量雖達到標準,，但富集系數(shù)卻很低,。此外，某一植物雖是超富集植物,，但還有可能因為沒有分布在污染區(qū)而難以被發(fā)現(xiàn),?！蔽簶浜徒榻B，他們利用室外盆栽,、小區(qū)模擬實驗和污染區(qū)采樣相結(jié)合的方法縮小栽培目標,，從22科65種田間雜草中篩選具有超富集特征的植物。利用這種辦法,，他們發(fā)現(xiàn),，在土壤中鎘含量為25毫克/千克和50毫克/千克時，球果蔊菜莖,、葉中鎘含量均大于100毫克/千克,，地上部分鎘含量大于根部，且植物生長未受抑制,，地上部分富集系數(shù)大于1,，全符合重金屬超富集植物的特征。
修復污染土壤急需基準研究
“因為重金屬不能降解,，其污染會通過食物鏈或其他途徑進入人體,。”魏樹和說,，“牛,、羊等食草動物可能將重金屬轉(zhuǎn)移，很多雜草本身就是一些害蟲的宿主,，其蟲卵寄生在雜草上,，并以之為食。有了超富集植物不等于就有了植物修復技術,，也不是所有超富集植物都可以用于重金屬污染的修復,。目前，對植物富集后的生物量的處理還沒有比較妥善的解決辦法,。有人提出將富集重金屬的生物量燃燒發(fā)電,，也有人主張將其中的金屬提取出來。但目前的技術手段還很難實現(xiàn),，而且這兩種處理方法的造價都太高,。一種現(xiàn)實的處理辦法是暫時存放，可以將超富集植物燒成灰后,，當做特殊垃圾深挖,、填埋，或是運到鉛,、鋅等重金屬礦區(qū)的尾礦庫中與尾礦渣一起貯存,，等將來技術手段進步了再進行提煉?！?/div>
據(jù)介紹,，目前這種利用植物富集手段來解決重金屬污染的研究還處在基礎研究階段,。周啟星說：“植物修復是應用基礎研究，也是應用研究,，目前的研究成果儲備已經(jīng)達到大面積推廣應用的程度,，但問題是難以解決應用的資金投入，并缺乏政策上的支持,，特別是缺乏對污染土壤修復基準和標準的研究,，這方面幾乎是空白。我此前也作為學術指導參與或先后主持過國家‘973’課題,、‘863’項目和國家自然科學基金項目,，前期的探索為現(xiàn)有的研究打下了很好的基礎?！?/div>
周啟星認為，目前急需從國家層面上開展污染土壤的修復基準研究和標準制定,，盡快填補我國這些學術界和管理界的空白,，才能從根本上發(fā)展植物修復的產(chǎn)業(yè)。（來源：科學時報 張雙虎）
（《自然科學進展》,，Volume 18(4):406-412,，魏樹和 周啟星 任麗萍）
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