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來源：生態(tài)修復(fù)網(wǎng) 魏樹和

所謂生態(tài)修復(fù)(ecological remediation)，就是根據(jù)生態(tài)學(xué)原理, 利用特異生物對污染物的代謝過程, 并借助物理修復(fù)與化學(xué)修復(fù)的某些措施加以強(qiáng)化或條件優(yōu)化, 使污染環(huán)境得以修復(fù)的綜合性環(huán)境污染治理技術(shù)。其遵循的生態(tài)學(xué)原理包括循環(huán)再生：利用環(huán)境-植物-微生物復(fù)合系統(tǒng)，對污染物進(jìn)行凈化，加大物質(zhì)的循環(huán)和再生速度；和諧共存：植物-微生物-其它生物相互協(xié)調(diào)互為促進(jìn)；整體優(yōu)化：對基本過程進(jìn)行整體優(yōu)化，既治理污染，又使得資源得到有效利用；區(qū)域分異：針對不同條件選擇使用不同修復(fù)方法。

　那么，要講農(nóng)田污染土壤的生態(tài)修復(fù)，首先要了解農(nóng)田土壤污染的特點：面積巨大，成分復(fù)雜，污染物多分布在表層（耕層），污染程度較輕等。根據(jù)2014年4月17日的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全國土壤總的超標(biāo)率為 16.1%，其中鎘占7%（輕微5.2%，輕度0.8%，中度0.5%，重度0.5%）。而對其修復(fù)的需求是不能帶來二次污染，不能減輕土壤肥力，不能加重病蟲草害，較短時間內(nèi)得以完成。關(guān)于時間這點的選擇，有這樣的矛盾心理，如有的人提出：寧可短時間內(nèi)修復(fù)后作物畝產(chǎn)由1000斤降到200斤，而難以忍受因為保證產(chǎn)量而花費(fèi)更長時間去修復(fù)。因此，對于修復(fù)時間來說，生態(tài)修復(fù)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

縱觀目前世界范圍內(nèi)各個國家所產(chǎn)生的修復(fù)方法，顯然物理、化學(xué)的方法，如淋洗、換土對污染這些巨大的農(nóng)田污染土壤修復(fù)來是很難應(yīng)用的。雖然說利用超富集植物的提取修復(fù)這個方法比較理想，但是，就象上面提到的人們的矛盾心理一樣，將污染土壤單獨(dú)拿出來長時間用以植物修復(fù)也是難以接受的。采用鈍化修復(fù)目前是非常火的一種方法，包括場地和農(nóng)田，但畢竟并沒徹底地解決土壤污染問題。從應(yīng)用的角度來看，利用超富集植物和低積累作物構(gòu)建的邊修復(fù)邊生產(chǎn)的方法應(yīng)該說是比較切合實際的。毫無疑問，超富集植物是這種方法的核心。關(guān)于超富集植物，有的人說目前發(fā)現(xiàn)的超富集植物有400多種，還有人說有700多種。但是我們仔細(xì)看中外文獻(xiàn)研究比較多的也就那么幾種，比如天藍(lán)遏藍(lán)菜、東南景天、蜈蚣草等。

接下來給大家分享下我們團(tuán)隊的一些研究：

研究從超富集植物篩選開始，通常超富集植物的篩選都是在污染區(qū)采集污染土壤以及植物的方法進(jìn)行的。通過廣泛調(diào)查研究，以農(nóng)田雜草作為篩選對象是很大的突破口，因為農(nóng)田雜草的抗逆境能力非常強(qiáng)，有廣泛的適應(yīng)性和頑強(qiáng)的生命力，且有比作物更好的吸收能力，這種特性可能有利于對重金屬的耐性和富集性。從生物學(xué)的性狀來講，是介于野生植物和作物之間的類型，兼具野生植物和作物的特性，有利于栽培和應(yīng)用，很切合植物修復(fù)的特點，因此把它作為一個篩選的目標(biāo)。

首先通過盆栽篩選實驗，確定幾個具有超富集特征的植物；然后通過濃度梯度實驗、小區(qū)實驗以及污染區(qū)采樣等各方面的方法來篩選植物。經(jīng)過反反復(fù)復(fù)的驗證，最后發(fā)現(xiàn)龍葵是鎘的超富集植物，另外兩種是球果蔊菜和三葉鬼針草。總的來看，這三種植物與報道的遏藍(lán)菜、東南景天相比，含量沒有它們高，但是生物量非常巨大，如果長得好的話，生物量是它們的幾倍甚至幾十倍。關(guān)于低積累作物方面的研究，我們團(tuán)隊是完成了低積累大白菜和低積累大蔥的篩選，我本人是進(jìn)行了低積累水稻的篩選。這些不起眼的研究實際上意義也是非常大的。

龍葵

球果蔊菜

三葉鬼針草

第二個方面就是關(guān)于機(jī)理，包括超富集的機(jī)理和低積累的機(jī)理。主要從根系的發(fā)展，以及重金屬從根到地上的轉(zhuǎn)移、儲存、解毒機(jī)理、富集等方面進(jìn)行研究。我們是以對比的方式，以球果蔊菜為主要研究方向，和風(fēng)花菜作對比。風(fēng)花菜對鎘的富集能力也很強(qiáng)，但是它達(dá)不到超富集植物的各項指標(biāo)。超富集植物相對來講有比較大的根的總長度和總的表面積這些形態(tài)特征，另外還有一些根際環(huán)境的特征，比如說較低的PH值、較高的水溶性碳含量(DOC)、較高的重金屬活性與耐性及較高的酶活性等。在比較高的污染條件下，植物的細(xì)胞膜的通透性也比較高，但是細(xì)胞膜比較完整，沒有受到傷害，這個可能是非常重要的富集機(jī)制。

第三個方面就是應(yīng)用效果了，即邊修復(fù)邊生產(chǎn)大田試驗。首先發(fā)現(xiàn)超富集植物的莖和葉是富集重金屬最主要的器官。從植物開花到植物結(jié)實成熟，這段時間幾乎占了植物一生當(dāng)中一半的時間，開花期莖和葉的生物量基本上達(dá)到一生當(dāng)中最大的生物量。那么，能不能利用開花到結(jié)實這段時間再種植下一茬，直到開花收獲？這樣在同一個生長期收獲量就可以成倍地增長。然后，我們在大田上做了超積累龍葵與低積累大白菜復(fù)種的實驗。從結(jié)果來看還是很好的，在沒有強(qiáng)化劑的條件下，龍葵生物量一延長米可以達(dá)到3.1公斤，鎘含量為6.45mg/Kg,根際去除率為10.7%；有強(qiáng)化劑的條件下，鎘含量為13.37mg/Kg, 根際去除率為20.5%。實際與理論去除率也是比較相符的。而下季低積累大白菜鎘含量達(dá)標(biāo)，產(chǎn)量不減。

我們同樣做了大田修復(fù)實驗，進(jìn)行超富集龍葵與低積累大蔥間種（5月-9月），得到的實驗結(jié)果是：龍葵生物量為 1延長米2.5Kg, 鎘含量為4.38mg/Kg, 根際去除率為7.7%，實際去除率與理論去除率相符；間作低積累大蔥鎘含量達(dá)標(biāo)，產(chǎn)量略減。

最后討論幾個熱點問題。

第一個問題是植物修復(fù)生物量的處理問題。簡單地說就是三條途徑，一是提取重金屬。顯然，這一途徑難度很大，經(jīng)濟(jì)上也不合算，但不等于不能做，將來也做不成，但需要很長時間；二是資源化利用。拿龍葵來說，龍葵全草均可入藥，主治感冒、牙痛、慢性支氣管炎、痢疾、乳腺炎和癌癥等疾病。種子可治急性扁桃體炎、疔瘡等。歷史上曾大規(guī)模栽培。龍葵果富含豐富的花青素類紅色素、紫紅色素，龍葵果作為水果食用酸甜可口,也可以作成果汁或果酒。但毫無疑問，這一途徑有一定的風(fēng)險，因為材料中的重金屬含量很高；三是減量后儲存。目前，相關(guān)的一些燃燒設(shè)備已研制成功。但也可以考慮放到條件好的重金屬尾礦庫中，待將來條件適宜，與尾礦一起開發(fā)。這一思路也是可行的。

第二個問題是修復(fù)后是否會造成雜草的大量繁殖而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)？這點不用擔(dān)心，就本研究而言，龍葵花期會連根收獲，沒有種子及根繁殖的途徑，當(dāng)然就不會造成雜草的大量繁殖；此外，從整體考慮，如果超富集植物屬于惡性雜草之類的話，也不能用于邊修復(fù)邊生產(chǎn)。

第三個問題是超富集植物和低積累作物的間套作是否影響低積累作物積累重金屬？實踐表明，施用強(qiáng)化劑或低積累作物與超富集植物接觸過于緊密，會導(dǎo)致低積累作物含量略有升高。因此，一定要規(guī)范低積累作物的適用范圍，一般應(yīng)用于中低污染水平土壤較為合適，且有絕對的安全性。考慮到污染土壤中重金屬分布的不均一性，在種植低積累作物的同時，可以考慮施用一定量的鈍化劑。

第四個問題是什么樣的污染土壤適合用超富集植物修復(fù)？礦區(qū)超富集植物修復(fù)是否可行？對于第一問，反向思考，考慮到土壤中重金屬的垂直分布，要是植物根接觸不到的土層，很難利用；而對礦區(qū)的修復(fù)，首先看修復(fù)植物是否能生長，生物量是否夠大，另外污染程度中低水平的效果較好，污染越重，富集系數(shù)越低。

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