農藝強化措施用于植物修復重金屬污染土壤的研究進展

馮子龍， 盧 信， 張 娜， 范如芹， 劉麗珠， 鄭向勇， 張振華

(1.溫州大學生命與環境科學學院，浙江溫州 325035； 2.江蘇省農業科學院農業資源與環境研究所，江蘇南京 210014；3.省部共建國家重點實驗室培育基地——江蘇省食品質量安全重點實驗室，江蘇南京 210014)

農藝強化措施用于植物修復重金屬污染土壤的研究進展

馮子龍1，2，3， 盧 信2，3， 張 娜2，3， 范如芹2，3， 劉麗珠2，3， 鄭向勇1， 張振華2，3

(1.溫州大學生命與環境科學學院，浙江溫州 325035； 2.江蘇省農業科學院農業資源與環境研究所，江蘇南京 210014；3.省部共建國家重點實驗室培育基地——江蘇省食品質量安全重點實驗室，江蘇南京 210014)

土壤重金屬污染關系到農產品的食用安全，已越來越受到人們的關注，相對應的土壤修復也顯得愈發重要。植物修復因其成本低，修復效果相對穩定，被認為是修復農田土壤重金屬污染較好的措施之一，而農藝措施作為一種強化技術手段在很大程度上可以提高植物修復的效率和提升修復的效果。因此，本文主要闡述了農藝強化措施對植物修復重金屬污染土壤的影響；并從施肥、水分管理和栽培等幾個方面的農藝強化措施進行了綜述；最后，對進一步開展農藝強化措施用于植物修復重金屬污染土壤的研究重點提出了展望。

植物修復；農藝措施；重金屬；施肥；水分管理；栽培措施；土壤污染

土壤是人類賴以生存的必需生產資料，是人類最基本也是最重要的自然資源之一。隨著世界工業化的深入和人類礦產資源的開發，重金屬通過各種途徑進入土壤，造成土壤重金屬污染。土壤重金屬污染有著滯后性、不可逆轉性和隱蔽性，而且重金屬不能被分解，難以治理。農作物會吸收土壤中的重金屬并加以累積，并通過食物鏈進入人體威脅人體健康。相比于傳統重金屬修復措施，植物修復具有成本低、效果好、原位修復、不易造成二次污染等優點，被認為在土壤治理方面有極大的潛力和市場前景。農藝措施如施肥、水分管理和栽培等作為一種強化技術手段在很大程度上可以提高植物修復的效率和提升修復的效果。因此，本文主要綜述了不同農藝措施對植物修復重金屬污染土壤影響的進展，并提出了今后的研究方向，以促進植物修復技術的深入研究和實際應用。

1 土壤重金屬污染的植物修復技術

重金屬土壤污染的修復技術分為物理修復、化學修復和生物修復，其中生物修復包括動物修復、微生物修復和植物修復[1]。雖然當前物理和化學修復應用較多，但是植物修復治理具有許多優點[2-6]：成本低、效果好；原位修復，操作簡便，不易造成二次污染，對土壤環境擾動??；某些金屬元素甚至可以回收利用；應用具有觀賞價值的植物可改善污染場地的生態景觀，兼具美學價值；改善污染場地周邊地區的空氣、水體環境，減少水土流失，有利于污染地區生物多樣性的恢復和重建。因此，植物修復被認為在土壤治理方面具有極大的發展潛力和良好的應用前景[7]。

1977年，Brooks等首次提出超富集植物的概念[8]；隨即在1983年，Chaney提出利用超富集植物清除土壤中的重金屬的設想[9]，即植物修復的初步概念；1993年，在公開發表的文獻中，Cunningham和Berti[10]首次使用“植物修復”這個詞。此后植物修復技術發展成為一種利用植物自身的生理特性，從環境中吸收或富集一種或多種元素及化合物，并在其體內進行正常代謝，從而達到去除環境中污染物目的的成熟技術[11]。根據植物種類、污染類型和數量、污染場地的條件，植物修復的過程可以分為植物穩定、植物揮發、根際過濾和植物提取[12]。

植物修復有著傳統修復技術無法比擬的巨大優勢，然而，植物修復也有著自身的局限性[13-17]：依賴植物的生物進程，修復時間長；難以去除土壤中的疏水性污染物和土壤深層污染物，對于復合污染修復效率不高；用于植物修復的超累積植物通常植株矮小、生長緩慢、生物量小、生長周期長，此外超積累植物經濟價值很小甚至無經濟價值，易受到土壤類型、pH值、濕度、溫度、營養、污染程度、病蟲害等因素的影響；用于修復的植物與當地植物可能存在競爭，造成生態失衡；植物修復后期資源化處理仍存在隱患，除貴重重金屬可以灰化回收以外，其他重金屬的處理仍然是一個難題。然而，通過不同農藝措施以提高植物體內重金屬含量(不致植物死亡)和增加植物生物量這2種方法可以適當改善上述問題，這為重金屬污染土壤植物修復技術提供了進一步的技術支持。

2 農藝強化措施對植物修復重金屬污染土壤的影響

中國傳統工藝以精耕細作為主要特點并且有著悠久的歷史，在其發展的過程中有著光輝的成就，曾居于世界領先的水平。然而直至19世紀，隨著化學、物理、生物學以及其他自然學科的發展，傳統農藝逐漸成為了一門科學。隨之而來的農藝措施也越來越受到人們重視。農藝措施是針對生產人類有用的動植物以及在不同程度上配制供人類使用的產品及其處置的科學技藝而采取的處理辦法，就是利用栽培技術進行的農藝生產研究的一種形式。它的內容主要包括：施肥、育種(苗)、土壤管理、水分管理和栽培措施及其他一些現代化技術。

2.1 施肥

施肥是農作物種植最重要的措施之一，也是植物修復過程中十分必要的手段。在傳統農藝中，施肥可以增加土壤肥力，提高農作物產量和品質；在現代植物修復中，一方面施肥可以增加土壤肥力，促進重金屬積累植物生長，提高生物量；另一方面，施肥可以改變土壤的某些理化性質，提高或降低土壤pH值進而改變土壤溶液中重金屬的生物有效性，降低污染物的流動性，從而影響植物根系和地上部分的生理代謝過程或重金屬在植物體內的運轉等而間接影響重金屬元素的吸收[18]。不同肥料由于所含營養成分不同與土壤重金屬元素的作用機制也不同，導致其對植物修復污染土壤的效果也不盡相同[19]。在某些情況下，肥料受到土壤類型、植物自身特性的影響也可變成改良劑，強化植物修復。在施肥強化植物修復研究中常用的肥料有氮、磷、鉀肥和有機肥以及CO2氣肥和生物肥料等。

2.1.1 化肥 氮磷鉀都是植物生長所必需的大量營養元素，氮肥可以影響植物產量和品質；磷肥可以促進早期根系的形成和生長；鉀肥也可以提高作物品質，并且鉀肥中的K+可以與土壤中的重金屬發生交互作用[18]。施肥的使用量應該在一個適當的范圍內才能有利于提高植物修復的效率，施肥過多對土壤pH值影響較大，不利于重金屬的轉化吸收。合理施肥可以使植物修復效率成倍增加。肖艷平通過盆栽試驗發現：施加氮、磷、鉀肥處理蜈蚣草的生物量要顯著高于對照組。但過多施加氮、磷、鉀肥反而抑制了蜈蚣草對砷的吸收[20]。同樣的，竇春英通過大田和盆栽試驗研究了不同類型肥料對東南景天吸收鎘和鋅的影響，研究發現：適度的氮(0.1～5 mmol/L)、磷(0.1～0.5 mmol/L)、鉀(0.5～1 mmol/L)肥、有機肥可以顯著促進東南景天的生長，提高生物量，促進東南景天對鋅、鎘的吸收及向地上部分的轉運；施肥處理濃度提高之后，東南景天雖未出現嚴重毒害癥狀，但生物量以及地上部的鋅、鎘積累量顯著降低[21]。焦鵬等在室內盆栽試驗的研究中發現；氮肥(NH4Cl)、磷肥(Na2HPO4)和鉀肥(KCl)不同濃度處理對玉米生物量變化以及吸收重金屬有不同影響，NH4Cl能顯著提高玉米地上部生物量、土壤Pb、Cd有效態含量， 增加玉米對重金屬Pb、Cd、As的提取量， 最大分別可提高1.7、2.0、1.2倍；Na2HPO4在中濃度處理時顯著降低土壤Pb的有效性，高濃度時則顯著增加土壤有效態As含量；低濃度KCl處理使玉米提取Pb量比對照增加2.4倍[22]。王林等采用室外盆栽試驗研究了施用氮肥重(NH4)2SO4和鉀肥(KCl)對鎘超積累植物龍葵的生長和吸收累積Cd的影響，結果表明：(NH4)2SO4可顯著提高龍葵地上部干質量和上部Cd的積累量，最大可提高2.8倍；KCl在高濃度處理時無法提高龍葵地上部Cd的積累量[23]。廖曉勇等在研究中發現：施磷量為200 kg/hm2時砷的累積量最高，是不施磷處理砷累積量的2.4倍及600 kg/hm2施磷量砷累積量的1.2倍[24]。在具體的植物修復操作中，應根據當地重金屬污染種類和選用植物特性有選擇地施加營養物質，以最大限度地提高植物生物量和其對重金屬的吸收能力。

2.1.2 有機肥 有機肥中含有多種有機酸、肽類以及氮磷鉀等營養元素，不僅可以為作物提供全面營養，肥效期長，還可增加和更新土壤有機質，改善土壤理化性質，促進微生物繁殖。在植物修復方面，有機肥可以影響重金屬在土壤中的形態，提高土壤的緩沖性，減少植物對重金屬的吸收量，還可以有效降低植物籽粒重金屬的含量[25]。李賀在研究中發現：施牛糞可以有效提高黑麥草、遏藍菜和地膚的生物量，在種植60 d的時候，分別添加低量和高量牛糞的遏藍菜對Cd的吸收量達到了對照組的1.90倍和2.26倍[26]。同樣的，李挺強等研究發現，施用稻草秸稈顯著提高了東南景天的生物量、地上部分鋅的累積量[27]。一些作為土壤改良劑使用的有機物料能顯著降低土壤重金屬的活性。劉秋萌在畜禽糞便(豬糞)模擬施肥并添加不同鈍化劑條件下，土壤重金屬Cu、Zn的活性隨鈍化劑添加量的增加而降低[28]。也有研究報道，有機肥中的重金屬含量高于化肥，且施用量高，通過有機肥輸入土壤中的金屬元素多，長期施用會增加土壤重金屬含量，特別是Cu、Zn污染，不利于作物品質的改善。王美等調研了大量文獻資料，發現82.4%、76.5%、50%、61.1%的研究結果說明施用有機肥的土壤Cu、Zn、Pb、Cd含量比不施肥分別增加了 0.08～13.98、0～26.5、1.63～5.31、0～0.34 mg/kg[29]。

2.1.3 二氧化碳氣肥 二氧化碳在植物光合作用中起著至關重要的作用，在植物修復技術中，提高大氣中二氧化碳濃度可以使某些植物在重金屬脅迫等逆境環境中光合作用更強，生長更旺盛，從環境中吸收重金屬更多，提高植物抵抗力，而且還能誘導植物積累某些重金屬，進而提高修復效率。目前公認CO2濃度加倍可使植物產量增加30%左右[30]。席磊[31]和Perotto等[32]的試驗都證明：CO2濃度升高顯著提高了生長在銅污染環境中的印度芥菜和向日葵地上部生物量，增加了植物的葉面積和植株葉面積指數。席磊發現在一定條件下，CO2濃度增加可使向日葵的地上部生物量增長率高達148.75%，印度芥菜也達到了80.33%，同時也增加了向日葵和印度芥菜富集Cd的效果[31]。CO2濃度升高也可以提高植物對水分的利用率，促進植物根系發育，間接提高了土壤養分的可利用性，對植物根際微生態系統極其分泌物也產生了影響。王大力等發現，CO2濃度倍增條件下，根系分泌物總量及甲酸、乙酸總量明顯增加[33]。溫達志研究表明，養分充足的情況下，CO2濃度升高可間接影響植物的水分利用效率[34]。

2.1.4 微生物肥 在重金屬污染的土壤中，往往有著許多具有重金屬抗性的細菌和真菌，它們的存在影響重金屬的毒性、遷移以及釋放。在植物修復中，根際細菌和真菌也都起著重要的作用。

植物根際促生菌是一類能夠自由生長或定殖于植物根系，并顯著促進植物生長發育和新陳代謝以及防止病害的有益菌[35]，包括沙雷氏菌屬、芽孢桿菌、假單胞菌、伯克氏菌屬、腸桿菌、貝氏固氮菌、葡萄糖桿菌等[36]。這些細菌可以通過固氮作用(固氮菌)、產生植物激素和特定的活性酶、提高植物抗病的能力等促進植物的生長。此外，一些促生菌可以減少植物中的乙烯，使植物更好地生長。這些菌大多數有極高的耐重金屬毒性的能力，它們通過螯合作用、酸化作用、溶磷作用以及氧化還原電位的改變等方式改變土壤中重金屬的移動性和有效性[37-38]。研究指出生物表面活性劑、有機酸的產生對植物富集重金屬有促進作用[39]。Ma等研究發現，在伴礦景天種植中接種了2種芽孢桿菌(BacilluspumilusE2S2 andBacillussp. E1S2)，使伴礦景天富集Cd的效果從125 mg/kg分別提高到180 mg/kg(E2S2)和165 mg/kg(E1S2)[40]。

菌根是一類土壤真菌與高等植物根系形成的共生體系，與之形成菌根的這些土壤真菌被稱為菌根真菌，絕大多數的陸生高等植物都可以形成菌根[41]。根據形態和解剖學特征，菌根分為外生菌根、內生菌根和內外生菌根3種。菌根分泌物可以加速營養元素的循環、促進植物對土壤中礦質元素和養分的吸收、調節根際環境、影響土壤pH值和氧化還原電位，提高植物抗病、抗逆性，增加植物生物量。胡振琪等研究發現：與對照相比，接種Glomusdiaphanum菌根使玉米的生物量增加了5.79倍，地上部分鎘含量降低了53.9%。菌絲侵染使得鎘滯留在根部，抑制了鎘的向上轉移[42]。張惠研究表明：蓖麻接種叢枝根菌之后地上部分的生物量相比未接種的增加了25%，隨著土壤中鉛污染濃度增加，該效果減弱，且蓖麻的地上部分鎘和鉛的富集量站植物總富集的比重增加[43]。還有其他學者[39，44-46]研究了在龍葵、油菜、印度芥菜、東南景天等植物接種促生菌，試驗均表明接種菌根都不同程度地促進了植物富集重金屬的效果。

2.1.5 葉面肥 在通常情況下，植物主要通過根系吸收土壤或營養液中的營養。除根系外，植物的莖葉(尤其是葉片) 也可以吸收各種營養成分，且吸收效果比根系更好。葉面肥是以作物葉面吸收為途徑將植物需要的肥料或營養成分按比例制成一定濃度的營養液。根據其功能和主要成分等，可把葉面肥大概劃分為營養型、調節型、生物型、復合型、肥藥性以及其他型六大類。葉面肥具有針對性強、吸收快、效果好、易于施用、環境污染風險小等優點。賀前鋒等評價了6種富硒葉面肥對輕度鎘污染稻田不同水稻品種稻米中鎘和硒積累的調控效果。結果表明：與對照組相比，噴施葉面肥可使水稻增產0.5%～14.0%，并使稻米的鎘含量降低25.75%～64.38%，硒含量增加3.40～21.54倍[47]。湯海濤等研究表明：腐殖酸肥、富硒肥、自配鈦硒微肥這3種噴施肥使稻谷中鉛含量分別降低10.49%、16.05%和27.78%；汞含量降低38.20%、47.19%和51.69%；鎘含量分別降低22.00%、34.00%和52.00%[48]。葉面肥的施用可提高作物對重金屬的抗性，有效降低作物籽粒中重金屬的含量，可以減少甚至阻斷重金屬向食物鏈轉移，對于保證糧食作物食品安全和重金屬污染土壤治理有重要作用。

2.2 水分管理

水分是植物生存的必要因素之一，是組成植物體的重要成分，植物體內的正常生理活動都離不開水。植物修復中，某些超積累植物可以在較為干旱的地方正常生長，例如蜈蚣草在高于500 mm年降水量的條件下就可以正常生長和繁殖[49]。雖然這些超累積植物具有一定的抵抗干旱的能力，但是有研究表明：過度缺水會削弱其修復能力[50]。不同作物種類需水不同，同一種作物不同生長期需水也不同。王榮萍等利用盆栽試驗研究了不同水分管理條件(60%最大田間持水量，80%最大田間持水量，最大田間持水量，前期淹水+抽穗揚花期烤田，全生育期淹水)下水稻根際土壤及其不同器官(稻根、莖葉和籽粒)中As、Cd、Cu和Zn的含量變化。結果表明：土壤水分含量對水稻根際土壤中As、Cu和Zn的含量影響不大。隨著土壤水分的增加，水稻器官中As的含量顯著增加，Cu的含量卻逐漸減少[51]。Angle在修復鎳污染土壤時發現，在低濕度(田間最大持水量的30%～40%)的條件下，超積累植物的生存明顯受到了抑制[52]等。崔立強等利用盆栽試驗研究了水分特征對伴礦景天生長和重金屬吸收性的影響，研究發現：在70%土壤最大田間持水量(70%WHC)處理下，伴礦景天生長最好，生物量最大。70%WHC處理伴礦景天對重金屬吸收能力最強，其莖中Zn的濃度顯著高于其他處理， 莖中Cd的濃度分別比35%WHC、100%WHC、淹水處理高27.1%、29.0%、63.1%[53]。有研究表明：土壤水分變化可顯著改變土壤性質進而影響土壤重金屬有效性。隨土壤水分降低DGT表征的Zn、Cd、Cu和Ni濃度和土壤溶液中Cu和Ni濃度呈下降趨勢，且隨干濕交替次數增加而降低[54]。

2.3 栽培措施

2.3.1 育種(苗) 在人類歷史長河中，經過長期的實踐，人類已經總結出十分成熟的作物育種技術。但是用于植物修復的超積累或高積累植物往往存在育苗難或者育苗時間長等問題[55]。有的超積累或高積累植物還存在種子難收獲，甚至沒有種子、發芽和授粉困難、容易染病這樣的問題[56]。這些問題都會影響到植物修復的效果。野生植物許多不利于栽培的性狀經過人類不斷地選擇重組使之可以成為人類可利用的資源，首先要根據植物修復的作用方式和存在的缺陷確定育種目標，對于植物修復重金屬污染來說，根系表面積、根分泌特性、抗病蟲性、休眠期、生育期、弱落粒性等性狀是重要的育種目標，通過雜交育種或者輻射育種培育出符合植株高大、生育期短要求的修復植物。不同的育苗方式對超積累植物的育苗速度、發芽率和成活率等都有很大影響[57～58]。蜈蚣草作為一種砷的超積累植物，萌發到生長2～4葉就需要3～6個月[59]，這種育苗速度極其不利于土壤砷污染的修復，之后，陳同斌等通過組織培養的方式成功解決了這個難題，完成了快速繁育[60]。

2.3.2 翻耕 已有研究表明，土壤翻耕可以改善土壤物理性質，使土壤容重下降1.38%～15.17%，孔隙度增加1.68%～18.68%，但同時也降低了土壤的有機質、有效氮、磷、鐵、錳、銅等含量，且隨土地整理深度增加，降低幅度增大[61]。翻耕有利于土壤團粒結構的形成，起到保墑的作用[62]，同時，翻耕還可以將深層重金屬污染物翻到土壤表層植物根系分布較密集的區域，這樣既有利于根系的生長發育又能改變重金屬的空間分布，促進植物與重金屬的接觸，提高植物修復效果。Vamerali等研究發現，在被鎘、砷、鈷等多種重金屬嚴重污染的土壤中種植飼料蘿卜，通過翻耕和0.3 m深度的耕松心土，可以有效提高飼料蘿卜地上部的生產力和對銅、鋅的吸收[63]。農業上的耕作在一定程度上可以提高植物修復效果，根據植物根系深度、污染程度和污染物分布狀況而將土壤適當翻耕、松土，這樣可以提高植物修復效率[64]。

2.3.3 刈割 刈割作為一種農藝措施，能提高很多作物地上部分的再生能力，不同的刈割頻率和強度，對牧草的群體結構、品質、生理生態、生物量和產量等都會產生不同程度的影響[65-66]。對于多年生、再生能力強的超積累植物，可以借鑒在牧草種植中廣泛應用的刈割來提高其生物量，延遲其生育期，提高重金屬吸收效率。廖曉勇等研究發現，在一定條件下，蜈蚣草每年刈割3次，每次留茬高度7.5 cm左右，其修復效率是1年收獲1次處理的1.9倍[67]。裴昕等研究發現刈割確實可以在一定程度上提高龍葵的修復效率，刈割是提高龍葵對鎘污染土壤修復效率的一種策略[68]。

2.3.4 間套作 我國人口眾多，耕地資源有限，人口和土地之間的矛盾較為突出，間套作是精耕細作、集約多熟種植的一種傳統農業種植方式，也是實現我國農業可持續發展的重要途徑。間(套)作指在同一田地上于同一生長期(不同生長期)內，分行或分帶相間種植2種或2種以上作物的種植方式[69]。在現代集約農業中，間套作可以提高土地資源利用率，充分利用光能、水、熱量等的自然資源，充分利用植物生長的空間和時間，可以在不提高成本甚至降低成本的同時增加收入、提高產量、減少病蟲害、保持水土和防止環境退化[70-72]。在植物修復重金屬污染土壤時，間套作可以改變植物根系分泌物、土壤酶活性和土壤微生物等，間接改變重金屬的有效性，影響植物對重金屬的吸收。

近年來，圍繞“邊生產，邊修復，邊收益”的理念，植物間作修復技術的研究越來越多。在植物修復重金屬污染中應用間作模式，可實現對污染土壤的邊修復邊治理，同時收獲符合一定食品標準的農產品，具有很好的市場前景和開發潛力，符合我國農業可持續發展的道路[73-74]。普通作物與超/高積累植物間作可以大大提高超/高積累植物去除土壤中重金屬的效率。蔣成愛等研究發現，與玉米和大豆間作的東南景天地上部分吸收 Cd、Pb、Zn 為單作的1.68～1.87倍，并且顯著降低玉米對Cd、Zn 的吸收[75]。周建利等將東南景天與重金屬低積累玉米品種Yunshi-5間套種收獲后，土壤鎘含量從1.27 mg/kg降為0.3 mg/kg[76]。此外，間作模式還可以有效降低作物重金屬含量，收獲符合衛生標準的飼料或者其他產物。據Gove等研究，遏藍菜與大麥間作減少了大麥對Zn的吸收[77]。居述云等研究了伴礦景天與小麥和茄子間作對其重金屬吸收的影響，結果表明：間作模式顯著降低了小麥籽粒和茄子果實中的重金屬含量，與單作相比，間作小麥籽粒重金屬含量下降52.4%[78]。黑亮等的研究表明：套種顯著提高了超富集東南景天提取Zn和Cd的效率，Zn含量達 9 910 mg/kg，是單種的1.5倍，而且生產出的玉米籽粒重金屬含量符合食品和飼料衛生標準[79]。還有一些研究表明，不同植物間套作對作物吸收重金屬有一定的促進作用，提高植物對重金屬的吸收。Zuo等綜述了雙子葉植物如花生與玉米、小麥等禾本科作物間作能加強雙子葉植物對鐵和鋅的吸收和提高種子中的鐵、鋅濃度[80]。秦歡等研究了間作對不同品種玉米和大葉井口邊草吸收積累重金屬吸收積累的影響，發現間作顯著提高了大葉井口邊草地上部和根部對As、Cd的吸收，同時顯著降低了地上部對Pb的吸收，同時間作也能顯著提高玉米各器官重金屬含量[81]。

普通作物間套作對植物吸收重金屬方面的研究不多。趙穎等利用田間原位修復的方式研究了苜蓿、黑麥草、籽粒莧與玉米間作對重金屬的影響，研究發現：苜蓿、黑麥草與玉米間作能顯著提高玉米對Cd、As的吸收和累積量；而籽粒莧與玉米間作時，玉米莖葉Cd、As的吸收和累積量顯著低于玉米單作。不同間作作物對玉米吸收重金屬的效果不同，在實際應用修復是，要考慮當地情況選擇合適的植物[82]。蔡麗等研究了樟茶間作模式對土壤重金屬元素含量的影響，結果表明：間作模式下，土壤重金屬元素含量明顯降低，但是茶葉新稍中重金屬含量增加[83]。

在植物修復中應用間套作模式確實可以提高植物對土壤重金屬污染的修復，有利于土壤重金屬污染的治理，但是對于邊修復邊種植的治理方式，不同的間作模式對作物吸收重金屬的影響不同，在確保作物重金屬含量不超標的前提下，需要選擇合適的超積累植物與之間作，保證修復效果的同時也要保證作物的重金屬不超標。

3 展望

土壤重金屬污染是全球面臨的主要環境問題之一，越來越受到人們重視。植物修復作為一種新興的土壤重金屬污染修復技術，具有成本低、效果好、不易造成二次污染等優點，且易于被公眾所接受，有著巨大的市場前景。近年來，諸多國內外專家學者為植物修復技術理論研究和實際應用作出了一定的貢獻，但是從長遠來看，這些植物修復技術還有巨大的改進空間，有待進一步拓展，如何利用農藝措施強化土壤重金屬污染植物修復的效果，仍有許多技術問題尚未解決。為此，今后要進一步加強以下幾個方面的研究：

(1)進一步尋找和培育更多種類、生物量更大的能用于農藝措施間套作種植的超積累或高積累植物品種。目前發現的超積累植物大多生物量小，去除效果受到限制。有關超富集植物對重金屬的吸收、轉運、忍耐、富集和解毒的分子及遺傳機制仍需進一步研究?，F階段超積累植物大多僅對1種重金屬有富集效果，而土壤污染多為復合污染，如何利用基因手段去構建可以富集多種重金屬污染的超積累植物，或者也可以通過轉基因手段改良植物根區細菌提高植物修復的效率。但利用基因手段勢必會出現轉基因植物，會不會對生態有威脅仍需進一步評估。

(2)加深開展農藝強化措施對植物修復重金屬污染土壤的影響與機理研究。目前，植物修復重金屬污染土壤的研究主要集中在植物本身對重金屬的吸收、降解、轉移和耐受機制，對農藝措施加強植物修復的研究相對較少，農藝措施對植物修復重金屬污染土壤的研究僅僅停留在對現象的描述層面上，缺乏更深入的影響機理的研究，特別是間套作機理的研究，不同的植物間套作模式產生的效果不同，機理也可能有差異。因此，開展農藝強化措施對土壤重金屬污染修復機理的研究，有利于進一步提高植物的修復效果，對修復重金屬污染土壤具有重要意義。

(3)加速展開農藝強化措施對植物修復重金屬污染土壤效果的大田試驗示范與應用研究。當前與農藝措施相關的試驗很多都局限于室內的盆栽試驗，試驗結果可能與大田試驗相差很多，試驗結果不具有很強的代表性和準確性，不利于成套技術的形成。因此，可以加強農藝措施在大田試驗的實際應用研究，進而可以形成一套切實可行的與作物相適應的農藝栽培措施。

(4)加強進行超積累或高積累植物富集重金屬后的資源化利用研究。植物修復把重金屬從土壤轉移到植物中，如果后期資源化處理不當，會造成二次污染，雖然目前已有相關的重金屬回收手段，但是并不具有普遍適用性。因此，需要研究出一套成熟的植物生物質資源化安全處理與利用的方法。

[1]陳懷滿. 環境土壤學[M]. 北京：科學出版社，2010：378.

[2]Luo J，Qi S，Gu X W S，et al. Evaluation of the phytoremediation effect and environmental risk in remediation processes under different cultivation systems[J]. Journal of Cleaner Production，2016，119：25-31.

[3]Zhou Q，Song Y F. Technological implications of phytoremediation and its application in environment protection[J]. Journal of Safety & Environment，2001.：20-34

[4]Pilon-Smits E. Phytoremediation[J]. Annual Review of Plant Biology，2005，56(1)：15-39

[5]Zhang X B，Peng L，Yang Y S，et al. Phytoremediation of urban wastewater by model wetlands with ornamental hydrophytes[J]. Journal of Environmental Sciences，2007，19(8)：902-909.

[6]金 勇，付慶靈，鄭 進，等. 超積累植物修復銅污染土壤的研究現狀[J]. 中國農業科技導報，2012，14(4)：93-100.

[7]Barceló J，Poschenrieder C. Hyperaccumulation of trace elements：from uptake and tolerance mechanisms to litter decomposition：selenium as an example.[J]. Plant and Soil，2011，341(1)：31-35.

[8]Brooks R R，Lee J，Reeves R D，et al. Detection of nickeliferous rocks by analysis of herbarium specimens of indicator plants[J]. Journal of Geochemical Exploration，1977，77(7)：49-57.

[9]Chaney R L. Plant uptake of inorganic waste constituents[C]. PARR J F. Land treatment of hazardous wastes. Noyes Data Cor-poration，New Jersey：Park Ridge，1983：50-76.

[10]McCutcheon S C，Schnoor J L. Overview of phytotransformation and control of wastes[M]// Phytoremediation：transformation and control of contaminants. 2004：1-58.

[11]Alkorta I，Hernándezallica J，Becerril J M，et al. Recent findings on the phytoremediation of soils contaminated with environmentally toxic heavy metals and metalloids such as zinc，cadmium，lead，and arsenic[J]. Reviews in Environmental Science & Biotechnology，2004，3(1)：71-90.

[12]黃運湘，廖柏寒，王志坤. 超積累植物的富集特征及耐性機理[J]. 湖南農業大學學報(自然科學版)，2005，31(6)：693-697.

[13]陳玉成. 污染環境生物修復工程[M]. 北京：化學工業出版社，2003：144-154.

[14]曲向榮. 污染土壤植物修復技術及尚待解決的問題[C]//中國環境科學學會.2008中國環境科學學會學術年會優秀論文集(中卷).北京：中國環境科學學會，2008：45-47.

[15]金蘭淑，林國林，許泳峰，等. 重金屬污染土壤的植物修復最新研究動態[J]. 世界農業，2008(8)：47-51.

[16]熊 璇，唐 浩，黃沈發，等. 重金屬污染土壤植物修復強化技術研究進展[J]. 環境科學與技術，2012，35(61)：185-193.

[17]王慶海，卻曉娥. 治理環境污染的綠色植物修復技術[J]. 中國生態農業學報，2013，21(2)：261-266.

[18]俞花美，焦 鵬，葛成軍，等. 施肥措施對重金屬污染土壤-植物系統影響的研究進展[J]. 熱帶農業科學，2012，32(2)：61-66.

[19]Zhao Z Q，Zhu Y G，Li H Y，et al. Effects of forms and rates of potassium fertilizers on cadmium uptake by two cultivars of spring wheat (TriticumaestivumL.)[J]. Environment International，2004，29(7)：973-978.

[20]肖艷平. 砷污染土壤植物修復的強化技術研究[D]. 重慶：西南大學，2010：28-40

[21]竇春英. 施肥對東南景天吸收積累鋅和鎘的影響[D]. 臨安：浙江林學院，2009：20-48

[22]焦 鵬，高建培，王宏鑌，等. N、P、K肥對玉米幼苗吸收和積累重金屬的影響[J]. 農業環境科學學報，2011，30(6)：1094-1102.

[23]王 林，周啟星，孫約兵. 氮肥和鉀肥強化龍葵修復鎘污染土壤[J]. 中國環境科學，2008，28(10)：915-920.

[24]廖曉勇，陳同斌，謝 華，等. 磷肥對砷污染土壤的植物修復效率的影響：田間實例研究[J]. 環境科學學報，2004，24(3)：455-462.

[25]Casale W L，Minassian V，Menge J A，et al. Urban and agricultural wastes for use as mulches on avocado and citrus and for delivery of microbial biocontrol agents[J]. Journal of Horticultural Science，1995，70(2)：315-332.

[26]李 賀. 不同農藝措施對黑麥草、地膚、遏藍菜修復Cd污染土壤的影響[D]. 烏魯木齊：新疆農業大學，2013：54-55

[27]李廷強，楊肖娥，龍新憲. 東南景天提取污染土壤中鋅的潛力研究[J]. 水土保持學報，2004，18(6)：79-83.

[28]劉秋萌. 不同鈍化劑對畜禽糞便模擬施肥土壤重金屬吸附特性和活性的影響[D]. 長春：吉林大學，2015：39-54

[29]王 美，李書田. 肥料重金屬含量狀況及施肥對土壤和作物重金屬富集的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2014，20(2)：466-480.

[30]鮑 桐，廉梅花，孫麗娜，等. 重金屬污染土壤植物修復研究進展[J]. 環境科學與技術，2010，17(s2)：858-865.

[31]席 磊. 二氧化碳氣肥對印度芥菜和向日葵吸收積累銅、鋅的影響研究[D]. 杭州：浙江大學，2001：72-75

[32]Perotto S，Martino E. Molecular and cellular mechanisms of heavy metal tolerance in mycorrhizal fungi：What perspectives for bioremediation？[J]. Minerva Biotecnologica，2001，13(1)：55-63.

[33]王大力，林偉宏. CO2濃度升高對水稻根系分泌物的影響——總有機碳、甲酸和乙酸含量變化[J]. 生態學報，1999，19(4)：570-572.

[34]溫達志. 大氣二氧化碳濃度增高與植物水分利用效率[J]. 熱帶亞熱帶植物學報，1997，5(3)：83-90.

[35]Zablotowicz R M，Tipping E M，Ran L，et al. Plant growth promotion mediated by bacterial rhizosphere colonizers[M]//Keister D L，Cregan P B. The rhizosphere and plant growth. Netherlands：Springer，1991：315-326.

[36]Dardanelli M S，Manyani H，González-Barroso S，et al. Effect of the presence of the plant growth promoting rhizobacterium (PGPR)ChryseobacteriumbalustinumAur9 and salt stress in the pattern of flavonoids exuded by soybean roots[J]. Plant & Soil，2009，328(1)：483-493.

[37]Nadeem S M，Zahir Z A，Naveed M，et al. Rhizobacteria capable of producing ACC-deaminase may mitigate salt stress in wheat[J]. Soil Science Society of America Journal，2010，74(74)：533-542.

[38]Gadd G M. Metals，minerals and microbes：geomicrobiology and bioremediation.[J]. Microbiology，2010，156(3)：609-43.

[39]Chen L，Luo S，Li X，et al. Interaction of Cd-hyperaccumulatorSolanumnigrumL. and functional endophytePseudomonassp. Lk9 on soil heavy metals uptake[J]. Soil Biology & Biochemistry，2014，68(1)：300-308.

[40]Ma Y，Rui S O，Nai F，et al. The hyperaccumulatorSedumplumbizincicola，harbors metal-resistant endophytic bacteria that improve its phytoextraction capacity in multi-metal contaminated soil[J]. Journal of Environmental Management，2015，156：62-69.

[42]Hu Z Q，Yang X H，Gao A L，et al. Remediation of mycorrhiza on Cd contaminated soil[J]. Journal of China University of Mining & Technology，2007，17(4)：44-59.

[43]張 惠. 檸檬酸和外源叢枝菌根真菌強化蓖麻修復Cd和Pb污染土壤的效果研究[D]. 上海：上海大學，2014：58-66

[44]Long X X，Chen X M，Wong W C，et al. Feasibility of enhanced phytoextraction of Zn contaminated soil with Zn mobilizing and plant growth promoting endophytic bacteria[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2013，23(8)：2389-2396.

[45]Srivastava S，Verma P C，Chaudhry V，et al. Influence of inoculation of arsenic-resistantStaphylococcusarlettaeon growth and arsenic uptake inBrassicajuncea(L.) Czern. var. R-46.[J]. Journal of Hazardous Materials，2013，262(8)：1039-1047.

[46]Tiwari S，Singh S N，Garg S K. Stimulated phytoextraction of metals from fly ash by microbial interventions.[J]. Environmental Technology，2012，33(33)：2405-13.

[47]賀前鋒，易鳳姣，李鵬祥，等. 不同富硒葉面肥對輕度鎘污染稻田稻米降鎘富硒效果的研究[J]. 湖南農業科學，2015(12)：38-41.

[48]湯海濤，李衛東，孫玉桃，等. 不同葉面肥對輕度重金屬污染稻田水稻重金屬積累調控效果研究[J]. 湖南農業科學，2013(1)：40-44.

[49]陳同斌，張斌才，黃澤春，等. 超富集植物蜈蚣草在中國的地理分布及其生境特征[J]. 地理研究，2005，24(6)：825-833.

[50]Marchiol L，Assolari S，Sacco P，et al. Phytoextraction of heavy metals by canola(Brassicanapus) and radish(Raphanussativus) grown on multicontaminated soil[J]. Environmental Pollution，2004，132(1)：21-27.

[51]王榮萍，張雪霞，鄭煜基，等. 水分管理對重金屬在水稻根區及在水稻中積累的影響[J]. 生態環境學報，2013，22(12)：1956-1961.

[52]Angle J S，Baker A J M，Whiting S N，et al. Soil moisture effects on uptake of metals byThlaspi，Alyssum，andBerkheya[J]. Plant & Soil，2003，256(2)：325-332.

[53]崔立強，吳龍華，李娜，等. 水分特征對伴礦景天生長和重金屬吸收性的影響[J]. 土壤，2009，41(4)：572-576.

[54]鄧 林，李 柱，吳龍華，等. 水分及干燥過程對土壤重金屬有效性的影響[J]. 土壤，2014，46(6)：1045-1051.

[55]廖曉勇，陳同斌，閻秀蘭，等. 提高植物修復效率的技術途徑與強化措施[J]. 環境科學學報，2007，27(6)：881-893.

[56]Mcintyre T. Phytoremediation of heavy metals from soils.[J]. Advances in Biochemical Engineering/biotechnology，2003，78：97-123.

[57]J. W. HUANG，Cunningham S D. Lead phytoextraction：species variation in lead uptake and translocation[J]. New Phytologist，1996，134(1)：75-84.

[58]Li W X，Chen T B，Liu Y R. Effects of harvesting on As accumulation and removal efficiency of As by Chinese brake(PterisvittataL.)[J]. Acta Ecologica Sinica，2005，25(3)：538-542.

[59]陳同斌，韋朝陽，黃澤春，等. 砷超富集植物蜈蚣草及其對砷的富集特征[J]. 科學通報，2002，47(3)：207-210.

[60]陳同斌，莫良玉，廖曉勇，等. 利用蜈蚣草孢子進行快速組培繁殖的方法：CN1954667[P]. 2007-05-02.

[61]蔣珍茂，趙秀蘭，魏世強，等. 翻耕與改良劑施用對土壤植煙適應性的影響[J]. 西南大學學報(自然科學版)，2015，37(11)：122-130.

[62]廖曉勇，陳同斌，閻秀蘭，等. 提高植物修復效率的技術途徑與強化措施[J]. 環境科學學報，2007，27(6)：881-893.

[63]Vmerali T，Bandiera M，Mosca G. Plant-based re-mediation processes[M]. Berlin：Springer，2013：141-158.

[64]Cunningham S D，Berti W R，Huang J W. Phytoremediation of contaminated soils[J]. Trends in Biotechnology，1995，13(9)：393-397.

[65]Nickson R，Mcarthur J，Burgess W，et al. Arsenic poisoning of Bangladesh groundwater[J]. Nature，1998，395(6700)：338-338.

[66]Wójcik M，Vangronsveld J，Tukiendorf A. Cadmium tolerance inThlaspicaerulescens：I. Growth parameters，metal accumulation and phytochelatin synthesis in response to cadmium[J]. Environmental & Experimental Botany，2005，53(2)：151-161.

[67]廖曉勇. 典型地區土壤砷污染的現狀評價與植物修復[D]. 北京：中國科學院地理科學與資源研究所，2004：89-188.

[68]裴 昕，郭 智，李建勇，等. 刈割對龍葵生長和富集鎘的影響及其機理[J]. 上海交通大學學報(農業科學版)，2007，25(2)：125-129.

[69]Brooker R W，Bennett A E，Cong W F，et al. Improving intercropping：a synthesis of research in agronomy，plant physiology and ecology[J]. New Phytologist，2015，206(1)：107-117.

[70]Lithourgidis A S，Dordas C A，Damalas C A，et al. Annual intercrops：an alternative pathway for sustainable agriculture[J]. Australian Journal of Crop Science，2011，5(4)：396-410.

[71]Agegnehu G，Ghizaw A，Sinebo W. Yield performance and land-use efficiency of barley and faba bean mixed cropping in Ethiopian highlands[J]. European Journal of Agronomy，2006，25(3)：202-207.

[72]Daellenbach G C，Kerridge P C，Wolfe M S，et al. Plant productivity in cassava-based mixed cropping systems in Colombian hillside farms[J]. Agriculture Ecosystems & Environment，2005，105(4)：595-614.

[73]Wu Q T，Wei Z B，Ouyang Y. Phytoextraction of metal-contaminated soil bySedumalfredii：effects of chelator and co-planting[J]. Water Air & Soil Pollution，2007，180(1)：131-139.

[74]Su D C，Lu X X，Wong J W C，et al. Could cocropping or successive cropping with Cd accumulator oilseed rape reduce Cd uptake of sensitive Chinese cabbage[J]. Practice Periodical of Hazardous Toxic & Radioactive Waste Management，2008，12(3)：224-228.

[75]蔣成愛，吳啟堂，吳順輝，等. 東南景天與不同植物混作對土壤重金屬吸收的影響[J]. 中國環境科學，2009，29(9)：985-990.

[76]周建利，邵 樂，朱凰榕，等. 間套種及化學強化修復重金屬污染酸性土壤-長期田間試驗[J]. 土壤學報，2014，51(5)：1056-1065.

[77]Gove B，Hutchinson J J，Young S D，et al. Uptake of metals by plants sharing a rhizosphere with the hyperaccumulator Thlaspi caerulescens[J]. International Journal of Phytoremediation，2002，4(4)：267-281.

[78]居述云，汪 潔，宓彥彥，等. 重金屬污染土壤的伴礦景天/小麥—茄子間作和輪作修復[J]. 生態學雜志，2015，34(8)：2181-2186.

[79]黑 亮，吳啟堂，龍新憲，等. 東南景天和玉米套種對Zn污染污泥的處理效應[J]. 環境科學，2007，28(4)：4852-4858.

[80]Zuo Y，Zhang F. Iron and zinc biofortification strategies in dicot plants by intercropping with gramineous species：a review[J]. Agronomy for Sustainable Development，2009，29(1)：63-71.

[81]秦 歡，何忠俊，熊俊芬，等. 間作對不同品種玉米和大葉井口邊草吸收積累重金屬的影響[J]. 農業環境科學學報，2012，31(7)：1281-1288.

[82]趙 穎，劉利軍，黨晉華，等. 不同植物與玉米間作對玉米吸收多環芳烴和重金屬的影響[J]. 環境工程，2014，32(7)：138-141.

[83]蔡 麗，夏麗飛，陳 枚，等. 樟茶間作對土壤養分及重金屬含量的影響研究[J]. 茶葉科學技術，2013(2)：9-12.

10.15889/j.issn.1002-1302.2017.02.004

2016-11-17

江蘇省農業科技自主創新資金[編號：CX(16)1051]；江蘇省農業科學院科研基金(編號：027126111637)。

馮子龍(1992—)，男，山西大同人，碩士研究生，主要從事土壤重金屬污染修復和生活污水處理研究。E-mail：bettermaan@qq.com。盧信為共同第一作者。

張振華，博士，研究員，主要從事污染土壤和水體修復研究。Tel：(025)84391207；E-mail：zhenhuaz70@hotmail.com。

X53

A

1002-1302(2017)02-0014-06

馮子龍，盧 信，張 娜，等. 農藝強化措施用于植物修復重金屬污染土壤的研究進展[J]. 江蘇農業科學，2017，45(2)：14-20.