摘要：汞污染土壤造成的环境危害越来越受到人们的关注，汞污染土壤的修复技术一直是国内外研究的热点。本文着重归纳总结了土壤中汞的赋存形态、生物有效性及其汞污染土壤的植物修复技术，指出了植物修复技术存在的问题和未来的发展趋势。
关键词：土壤 汞污染 植物修复
汞是在常温下唯一呈液态的金属元素，在自然界大部分汞与硫结合成硫化汞(HgS)，广泛地分布在地壳表层。汞在化工业、造纸业、采矿业和国防工业应用广泛。近年来，由于含汞农药的施用，加之污灌和工业废水、废气、废渣的排放等，通过不同途径进入土壤中的汞经过复杂的物理、化学反应，大部分以各种形态滞留在土壤中，经作物富集进入食物链，对人体健康构成严重威胁。我国每年产生污染环境的汞达1.9×108kg，被汞污染的耕地面积有3.2×104ha。因此，汞污染造成的环境危害越来越受到人们的关注，汞污染土壤的修复问题一直是国内外研究的热点。本文着重归纳总结汞在土壤中的赋存形态、迁移规律、生物有效性及土壤汞污染的修复技术研究进展。
1 土壤中汞的赋存形态及生物有效性
土壤中汞按化学形态可化分为零价汞、无机化合态汞和有机化合态汞。土壤中汞的重要特点是汞能以零价状态存在，但其含量甚微，性质活泼，易挥发;有机化合态汞以有机汞(如甲基汞、乙基汞等)和有机络合态汞普遍存在，土壤中的甲基汞易被植物吸收，而无机化合态汞则很少被植物吸收;进入土壤中的汞易与土壤发生吸附、络合、沉淀反应，形成不同的稳定形态，由于形态不同，其被植物吸收的生物有效性也不尽相同。侯明等研究了种植蔬菜后的盆栽土壤，发现水溶态和腐殖酸络合态汞明显减少，而强有机质结合态汞明显增加，盆栽蔬菜导致土壤中汞的生物有效性增大。
2 土壤中汞的迁移
土壤中的汞部分能被土壤迅速吸附或固定，还有部分可通过土壤侵蚀、淋溶、植物吸收及零价汞的挥发形式在水、大气和生物之间循环。汞污染土壤的植物修复就是基于生物迁移，本文重点介绍土壤中汞的生物迁移。
郭翠花等研究了不同农作物对汞的富集行为，发现土壤中汞与农作物中汞的含量具有显著相关性，不同农作物对汞的吸收能力有较大差异，以水稻吸收最强，谷子、玉米和小麦次之，高粱中未检出。瞿爱权等指出汞在水稻各器官的分布为根>茎>叶>壳>糙米。程英等研究了几种蔬菜对汞的富集作用，发现其富集能力依次为：白菜>萝卜>辣椒>豆角。刘汝海等分析了三江平原典型植物中的总Hg浓度，结果表明，各种植物中总Hg浓度差别较大，苔藓>藻类>苔草>禾草>灌木，且湿地植物总Hg浓度高于水稻和玉米等旱地作物。由此可见，汞的生物迁移与土壤中汞的赋存形态和植物类型密切相关，同种植物的不同部位汞的分布呈现差异。因此，对于汞污染土壤区域，在未加以汞污染治理前，尤应重视农作物作为食用部份的汞的监控。
3 汞污染土壤的植物修复
传统汞污染土壤修复技术包括热解法、客土法、固汞法、微生物法等方法，但这些方法往往有许多缺陷，如成本高，难于管理，易造成二次污染，对环境扰动大等。美国科学家Chaney20世纪80年代首先提出了使用能够大量积累重金属的植物，选择性地消除和回收土壤中重金属。植物修复技术具有成本低、治理持久且绿色环保、可二次回收重金属，修复过程一般无二次污染等优点，美国等发达国家已经对植物修复技术开展了大规模的试验，并证明是一种修复重金属污染土壤的有效方法。因此，植物原位修复技术一直是国内外研究的热点。
3.1植物修复
植物修复技术主要包括：(1)植物提取：利用植物将土壤中的重金属富集到体内，通过收获植物来达到修复土壤的目的;(2)植物挥发：植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质释放到大气中;(3)植物稳定：利用植物降低重金属的毒性及活性，但不会将重金属从土壤中清除;(4)根系过滤：指植物根系范围内呈溶解态的金属元素被植物的根系吸收或在植物根系的影响下沉淀在根系外表面，根系过滤主要是用于处理水污染。由于植物稳定修复仅具暂时性，并没有达到从土壤中清除去重金属的目地，因此国内外的学者大的研究多集中在植物提取和植物挥发方面。
延伸阅读：
田吉林等研究发现大米草具有较强的抗汞性，可以吸收有机汞，并将有机汞部分地转化为无机汞，具有修复汞污染土壤的潜力。韩志萍等通过湿土盆栽的方法研究 了芦竹对汞的富集能力，结果表明芦竹对汞的富集量较大，汞在地上部叶内富集量为21.5～11.8 mg/kg，地上部茎内富集量为30.0～19.4 mg/kg，植物茎富集系数大于1。龙育堂等将Hg污染的稻田改种苎麻后，对汞的净化率达41%，土壤的自净恢复年限比种植水稻缩短8.5倍，而苎麻的产量和质量不会受到影响。Shiyab等通过水培试验研究汞对印度芥菜的毒性时发现，当溶液中汞浓度>2mg/L时，印度芥菜的生物量虽然有所降低，但仍能正常生长，而且表现出较强的汞的富集能力。此外，大量研究表明树木对汞也具有富集行为。纸皮桦、加拿大杨(Populus canadensis)、红树(Rhizophoraapiculata)、小叶黄杨等树木对土壤Hg的吸收及储存能力强，如：纸皮桦可富集10mg/kg汞，加拿大杨每株体内最大汞吸收积累量约为7mg，小叶黄杨叶片中的汞含量占根部土壤汞含量的8.6%;瑞典学者Wang和Greger研究发现，柳树的根部能积累大量的汞，而且和其它植物如豌豆、小麦、苜蓿以及油菜等相比，其叶面未有向大气释汞的现象。
基因工程可整合其他生物的基因修复能力，提高植物的修复能力。Meagher等将汞离子还原酶基因(merA)和有机汞裂解酶基因(merB)转导到拟南芥，结果发现该植株对Hg的抗性明显增高，且Hg2+被转基因植物还原可以促进Hg的挥发。Hsieh等将merP基因转导到拟南芥后，利用其产生的螯合机制，使转基因拟南芥的抗汞能力显著提高，植株在10μmol/L的HgCl2条件下仍能正常生长。Heaton等将merA转导到水稻，转基因水稻的抗汞能力为250μmol/L，远远高于野生型的150μmol/L。Hussein等将merA基因和merB基因导入烟草叶绿体，发现转基因烟草根部富集汞的浓度高达2000μg/g，植物无受毒害现象，且转基因烟草叶片吸收积累汞的量为未经处理烟草的100倍。我国科学家用经人工改造的merA基因和merB基因分别转化烟草，获得了能够将离子汞挥发和高抗有机汞的的转基因烟草。
3.2化学物质强化修复
在植物修复基础上，通过向土壤施用化学物质，促使土壤中重金属赋存形态，从土壤结合态向水溶态、交换态转换，从而提高重金属的植物可利用性，称为化学强化修复。常见的强化修复方法有改变土壤pH、络合—螯合强化、有机物强化、表面活性剂强化等。
3.2.1改变土壤pH强化植物修复
根据土壤的酸度和重金属的性质，投加酸性或碱性物质改变土壤pH值，可增加重金属的植物有效性。朱小翠等研究发现向土壤中添加CaCO3以改变土壤的pH值，可以增加外源活性汞在土壤酸溶汞的固定，相应地降低活性汞的水平，同时残留汞亦明显相对减少。潘志明研究发现在微酸性条件下，肾蕨叶、茎、根部汞含量均高于其酸性条件或碱性条件下的含量。陈宏等通过盆栽试验，研究了硫化钠对污染土壤中Hg、Cd、Pb活性的影响，发现硫化钠能减少土壤中Hg的残留，增加了汞的生物有效性。
3.2.2螯合剂强化植物修复
向土壤中施用螯合剂可增加土壤中重金属的溶解度，提高重金属根际扩散能力并促进重金属自根系向地上部转运。移栽莴苣(Lactuca sativa L.)20d后，施入0.1mol/L EDTA和DTPA，可以促进土壤汞向莴苣的迁移，最高增幅达154.12%，且EDTA 强化效果强于DTPA。另有研究表明，向土壤中施用EDTA，肾蕨各部位中汞含量均高于对照条件下的汞含量，EDTA可促进汞在肾蕨中的富集。
3.2.3有机物强化植物修复
改变土壤腐殖质的构成也可强化植物对重金属的吸收。当腐殖酸中的富里酸与重金属之比≥2时，有利于重金属与腐殖酸形成水溶性络合物，<2时易形成难溶性络合物。在腐殖酸组成中，胡敏酸与重金属形成的胡敏酸盐大多难溶，富里酸与重金属形成的鳌合物一般易溶，因此增加土壤富里酸含量可促使土壤重金属以鳌合物形态向植物迁移。姚爱军等发现腐殖酸中的富里酸对铁锰氧化物结合态汞的植物迁移活性具有极显著的促进效应。
4 存在的问题及其发展趋势
(1)植物修复的关键是超富集植物，遗憾的是目前还没有汞超富集植物的报道。因此，探索和发掘具有转移能力强、经济价值高的汞超富集植物至关重要。
(2)目前，污染土壤多呈现重金属复合污染的特征，重金属的相互作用对植物修复的影响更为复杂。迄今已发现的超富集植物多为单耐性植物，对复合污染土壤的修复能力相对较差。因此，未来的研究更应着眼于复合污染土壤的植物修复技术创新。
(3)迄今为止，国内对植物修复技术的研究多为实验室盆栽实验研究，生产应用的报导甚少。针对大量汞污染耕地的植物修复技术研究，尚涉及到修复植物的地域性、季节性和经济价值等多方面的因素，亟待加强相应研究经费、高新技术的投入，推动以汞为主的重金属污染土壤的植物修复技术的创新发展。
延伸阅读：
原标题：汞污染土壤的植物修复技术研究
