黃明煜, 章家恩,2,3,*, 全國明, 郭靖

1. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院生態(tài)學(xué)系, 廣州 510642

2. 農(nóng)業(yè)部華南熱帶農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實驗室, 廣州 510642

3. 廣東省現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)與循環(huán)農(nóng)業(yè)工程中心, 廣州 510642

4. 廣州城市職業(yè)學(xué)院城市建設(shè)工程系, 廣州 510405

1 前言

隨著工業(yè)化、城市化以及社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題日益嚴(yán)峻, 威脅著人類的健康生存和可持續(xù)發(fā)展, 其中重金屬對土壤環(huán)境的污染、破壞尤為嚴(yán)重[1,2]。土壤重金屬污染主要來源于工業(yè)廢渣、廢氣中重金屬的擴(kuò)散、沉積和含重金屬廢水灌溉, 以及含重金屬的農(nóng)藥、肥料的大量施用等[3]。全國土壤重金屬的總點(diǎn)位超標(biāo)率為 16.1%,受Cd、Hg、As、Cr、Pb污染的耕地面積約為2000萬公頃, 每年因重金屬污染而損失的糧食約為 1000萬噸, 受污染糧食多達(dá) 1200萬噸, 經(jīng)濟(jì)損失至少200億元[4,5]。土壤重金屬污染具有隱蔽性、長期性、滯后性等特點(diǎn), 不僅會導(dǎo)致土壤退化、農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的降低, 還可能通過直接接觸或食物鏈傳遞危及人類健康與生命安全[6-8]。因此, 土壤重金屬污染的治理已成為當(dāng)前環(huán)境科學(xué)界急待解決的重大課題[9]。

國內(nèi)外常采用深耕法、客土法、電化學(xué)法、化學(xué)淋洗法、生物修復(fù)法等來處理土壤重金屬污染問題, 但由于各類方法均有一定的局限性, 迄今為止,尚未找到一種高效、安全且可廣泛應(yīng)用的修復(fù)措施?？傮w而言, 物理、化學(xué)方法需消耗大量的人力、物力、財力, 成本較高, 也不能從根本上清除土壤重金屬, 存在占用土地、滲漏和二次污染等問題。生物修復(fù)技術(shù)作為一種新型治理方法, 具有原位修復(fù)、改善生態(tài)環(huán)境、提高土壤肥力以及對環(huán)境擾動小等優(yōu)點(diǎn), 日益受到研究者、實踐應(yīng)用者以及政府管理部門的重視和關(guān)注[10]。

植物修復(fù)技術(shù)是指利用植物吸收、降解、揮發(fā)、過濾、固定等作用, 凈化土壤、水體中的重金屬元素的一類生物修復(fù)技術(shù)[11], 具有廣闊的應(yīng)用與發(fā)展前景, 可廣泛應(yīng)用于土壤重金屬污染的治理, 但如何提高植物修復(fù)技術(shù)的綜合效率是目前面臨的較大困境。近20多年來, 尋找和篩選生物量大、生長迅速且能夠富集或超富集一種或多種重金屬的植物成為國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問題[12]。本文綜述了當(dāng)前土壤重金屬修復(fù)的超富集植物篩選應(yīng)用概況、修復(fù)應(yīng)用模式以及存在的問題。同時, 對利用入侵植物修復(fù)土壤重金屬污染的可行性進(jìn)行了探討, 旨在為土壤重金屬的植物修復(fù)技術(shù)提供新的思路與途徑。

2 土壤重金屬污染修復(fù)的超富集植物研發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1 用于土壤重金屬污染修復(fù)的超富集植物選用現(xiàn)狀

土壤重金屬超富集植物的判定通常有兩個方面的條件要求: 一是植物地上部分富集的重金屬應(yīng)該達(dá)到一定的量; 二是植物地上部的重金屬含量應(yīng)高于根部重金屬含量。目前采用最多的超富集濃度界限是1983年Baker和Brooks[13]提出的參考值, 即把植物葉片或地上部中Cd含量達(dá)到100 μg·g–1, Co、Cu、Ni、Pb 含量達(dá)到 1000 μg·g–1, Mn、Zn 含量達(dá)到 10000 μg·g–1以上的植物方可稱為超富集植物。同時這些植物還應(yīng)滿足植物體內(nèi)重金屬含量與土壤中重金屬含量比值所得到的富集系數(shù)大于1的條件。

目前已發(fā)現(xiàn)的能用于重金屬污染修復(fù)的超富集植物大約有400多種[14]。按植物種類及其經(jīng)濟(jì)應(yīng)用特點(diǎn), 可將超富集植物分為三大類:

第一類為生長周期短、生物量大、非食用的蕨類草本植物, 這類植物生長快、生物量大, 對土壤重金屬污染修復(fù)較為實用, 代表性的植物有蜈蚣草(Pteris vittata)、粉葉蕨(Pityrogramma calomelanos)等, 這些蕨類植物大多對 As具有良好的富集作用,如蜈蚣草葉片最大含As量 5070 μg·g–1, 其地下部和地上部對As的富集系數(shù)高達(dá)71和80, 粉葉蕨的As富集量更是高達(dá) 8350 μg·g–1[15]。此外, 同屬的長葉鳳尾蕨(P. longifolia)和陰地鳳尾蕨(P. umbrosa)等均能超富集土壤環(huán)境中的As[16]。

第二類為具有經(jīng)濟(jì)利用價值的藥用或食用的草本植物或農(nóng)作物, 這類植物不僅對土壤重金屬有超富集作用, 而且具有經(jīng)濟(jì)利用價值。Ebbs等[17]篩選了 30多種十字花科植物, 其中包括印度芥菜(Bra-ssica juncea)、蕓苔(B.napus)、遏藍(lán)菜屬植物(Thlaspi carulescens)等。Huang等[18]通過實驗發(fā)現(xiàn)豌豆(Pisum sativum)對重金屬 Pb有較好的富集效果。Ebbs等[17]通過種植燕麥(Avena sativa)有效修復(fù)了重金屬 Zn污染的土壤。聶惠等[19]研究油料作物向日葵(Helianthus annuus)對重金屬Cr、Pb、Zn都有較好的富集作用。葉菲等[20]通過溫室土培盆栽方法,證明了重金屬Cr的超富集植物油菜(Brassica junica)中油雜1號可以在不影響對土壤凈化能力的情況下,減輕重金屬Cd對與其互作植物的傷害。

表1 已篩選應(yīng)用的部分對土壤重金屬超富集植物的相關(guān)特性Tab. 1 Enrichment characteristics of some hyperaccumulation plants

第三類為木本植物。這類植物生長速度相對較慢, 但一旦成林后, 其生態(tài)服務(wù)功能強(qiáng), 對土壤重金屬污染修復(fù)和生態(tài)恢復(fù)的效果與持續(xù)性好。劉周莉等[21]研究木本植物忍冬(Lonicera japonica)在高濃度重金屬處理下仍能保持正常生長, 土培條件下其地上部分Cd含量超過100 μg·g–1, 是一種可以用于Cd污染土壤修復(fù)的超富集植物。施翔等[22,23]發(fā)現(xiàn)利用旱柳(Salix matsudana)提取土壤中的 Zn, 葉片中富集Zn的最高濃度可達(dá)1153 μg·g–1, 是一種有效且環(huán)境友好型的修復(fù)植物。此外, 也有研究表明, 楊樹(Pterocarya stenoptera)對Hg和Cd也有很好的耐性和凈化功能[24]。

2.2 土壤重金屬污染的植物修復(fù)應(yīng)用模式

2.2.1 植物與植物聯(lián)合修復(fù)

土壤重金屬的富集植物與非富集植物間作或套作種植在一起, 能降低一種作物對重金屬的吸收,對該作物提供一定的污染防護(hù)作用, 進(jìn)而達(dá)到聯(lián)合修復(fù)效果。通常, 選擇超富集植物與低積累植物通過間套作種植模式, 在重金屬污染土壤上實現(xiàn)邊修復(fù)邊生產(chǎn)的目的。同時, 可縮短修復(fù)時間, 提高修復(fù)效率和經(jīng)濟(jì)效益。如 Zn超富集植物天藍(lán)遏藍(lán)菜(Thlaspi caerulescens)和同屬的非超富集植物大薺(Thlaspi arvense)間作后, Zn對大薺的毒害作用明顯降低, 且其生物量顯著增加[45]。在叢枝菌根真菌AMF接種處理下, 刺槐(Robinia pseudoacacia)周圍配植豆科草本紅三葉(Trifolium pratense)和紫花苜蓿(Medicago sativa)作為地面覆蓋植物能夠在一定程度上提高土壤重金屬的修復(fù)效率[46]。十字花科遏藍(lán)菜屬植物T. carulescens和玉米(Zea mays)套作, 收獲的玉米種子中含 Cu量降低至 4.72 μg·g–1, 顯著低于單種玉米含Cu量, 使得玉米達(dá)到食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[47]。Cd富集植物甘藍(lán)型油菜(Brassica napus)與菜心(Brassica campestris)或玉米間作在一起, 甘藍(lán)型油菜地上部Cd積累量明顯得到提高, 證明了間作技術(shù)還可以提高植物的修復(fù)能力[48]。

2.2.2 植物與動物聯(lián)合修復(fù)

一些研究表明, 以蚯蚓(Pheretima spp.)為代表的土壤動物也可用于強(qiáng)化重金屬污染土壤的植物修復(fù)過程與效果。蚯蚓能顯著改善土壤結(jié)構(gòu), 提高土壤肥力及植物產(chǎn)量, 且蚯蚓的生命活動會對土壤重金屬的生物有效性產(chǎn)生影響, 間接提升植物的吸收效率[49]。如在廣東省 Pb、Zn復(fù)合污染的礦區(qū)土壤上種植植物并引種蚯蚓, 結(jié)果使植物產(chǎn)量提高了30%, 植物對重金屬吸收效率最高可提升至53%[50]。Chene等[51]研究表明, 蚯蚓的取食、做穴和排泄等生命活動可以顯著提高紅壤中螯合劑DTPA提取態(tài)Zn和黃泥土中的有機(jī)態(tài)Zn含量, 促進(jìn)植物的吸收積累;蚯蚓通過排泄糞便, 產(chǎn)生大量的腐殖酸, 能夠提高重金屬污染土壤的腐殖酸含量, 從而影響土壤重金屬的移動性[52]。

2.2.3 植物與微生物聯(lián)合修復(fù)

在重金屬污染的土壤中, 往往富集生長著一些具有重金屬抗性的細(xì)菌和真菌, 它們可以通過多種方式影響重金屬的毒性及重金屬的遷移和釋放, 因此, 可以利用這些土壤微生物與超富集植物進(jìn)行聯(lián)合修復(fù), 以強(qiáng)化生物修復(fù)的效果。

眾所周知, 一些根際細(xì)菌可以調(diào)節(jié)植物的生理過程, 促進(jìn)植物生長, 且能夠分泌有機(jī)酸來降低土壤的pH值, 從而提高土壤重金屬的生物有效性。如有研究發(fā)現(xiàn), 外源添加放線菌 PSQ、shf2和細(xì)菌Ts37、C13于蜈蚣草盆栽中, 可有效提高蜈蚣草對重金屬As的吸收和積累能力[53]。

菌根是土壤真菌與植物營養(yǎng)根結(jié)合形成的一種互惠互利的共生體, 菌根分泌物可以調(diào)節(jié)菌根根際環(huán)境, 影響重金屬的生物有效性。如在As超富集植物蜈蚣草的根系上接種菌根真菌后, 蜈蚣草中As累積量提高了 43%[54]; 胡振琪等[55]通過盆栽玉米模擬Cd污染土壤修復(fù)實驗發(fā)現(xiàn), 接種菌根菌 Glomus diaphanum使得玉米生物量相較于對照組增加了5.79倍, 地上部Cd含量降低了53.9%; 楊玉榮[46]研究表明, 菌根真菌與刺槐聯(lián)合修復(fù)土壤重金屬Pb污染是單一刺槐對Pb的修復(fù)效率的3.2倍, 證明了菌根技術(shù)廣闊的應(yīng)用前景。此外, 菌根還可以作為生物肥料和植物激素, 為植物生長提供有利生境, 從而增加該植物對重金屬的吸收量。

3 植物修復(fù)土壤重金屬污染存在的問題

與常規(guī)物理、化學(xué)修復(fù)方法相比較, 土壤重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)有其優(yōu)點(diǎn)[3,56,57](表2)。植物修復(fù)可原位進(jìn)行, 避免了大量的挖土工程, 成本相對較低; 植物修復(fù)以太陽光為能源, 在去除土壤重金屬污染的同時, 可進(jìn)一步增加地面覆蓋, 減少水土流失, 改善土壤肥力、土壤環(huán)境和土壤生物多樣性, 且對環(huán)境基本上不會形成二次污染或破壞。另外, 植物修復(fù)還可為污染地營造美學(xué)景觀, 從而創(chuàng)造出一定的休閑旅游價值。該類修復(fù)技術(shù)易為公眾接受。

盡管植物修復(fù)技術(shù)是公認(rèn)的較理想的土壤重金屬污染修復(fù)的原位綠色環(huán)保技術(shù), 但在實際應(yīng)用過程中, 仍存在諸多問題與困境, 主要表現(xiàn)在以下幾個方面[3,58-60](表2):

表2 幾類植物修復(fù)土壤重金屬污染的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用情況Tab. 2 Relative strength, weakness and application of hyperaccumulation plants for soil heavy metal pollution

(1)超富集植物種類少, 植物修復(fù)效果慢、周期長。目前文獻(xiàn)報道的重金屬超富集植物雖約有45個屬, 400多種, 但大多數(shù)為同科的Ni超富集植物; 而Co超富集植物僅26種; Cu超富集植物24種; Se超富集植物19種; Zn超富集植物16種; Mn超富集植物11種[61]。

且大多數(shù)超富集植物的生長較緩慢, 特別是一些超富集木本植物的生長修復(fù)周期比其他物理-化學(xué)技術(shù)的耗時要長, 且不易機(jī)械化作業(yè), 富集效率也并不一定高, 因此, 目前在大規(guī)模的推廣應(yīng)用中仍存在一些制約。

(2)超富集植物對重金屬存在一定的選擇性。尤其是現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的植物大多僅對某單一重金屬具有較好的富集作用。比如蕨類植物多只對As吸收富集能力強(qiáng), 對其他重金屬元素不存在超富集作用[25]。然而, 土壤重金屬污染通常為兩種或多種重金屬的復(fù)合污染, 且常常伴生有機(jī)污染, 因此, 若使用單一植物, 則難以全面清除土壤中的污染物質(zhì);若同時使用多種修復(fù)植物, 則在生產(chǎn)實踐中可操作性下降。

(3)植物修復(fù)效果易受到環(huán)境制約。超富集植物的繁殖生長及植被形成通常受到污染地的土壤質(zhì)量、pH值、酸堿度、鹽度、污染物濃度及周邊生態(tài)環(huán)境狀況等因素的制約, 往往出現(xiàn)生長受阻或生長狀況不佳等問題, 結(jié)果達(dá)不到污染修復(fù)的效果, 特別是在環(huán)境惡劣、土壤干旱瘠薄的污染區(qū), 使用植物修復(fù)技術(shù)存在較多困難。土壤重金屬的有效性也直接影響到植物修復(fù)的效果。有研究表明, 連續(xù)耕種會導(dǎo)致土壤重金屬的有效性降低, 植物對重金屬的吸附能力也會隨之降低。如樹齡6年的柳樹富集Cd的量比樹齡1年的柳樹低11%[62]; 印度芥菜在第三年收獲時所富集的重金屬 Cd含量比上一年同比下降8%[63,64]。

(4)超富集植物可導(dǎo)致食物鏈污染, 尤其是有重金屬富集能力的農(nóng)作物極易產(chǎn)生健康或生態(tài)風(fēng)險。據(jù)統(tǒng)計, 土壤中 Cd 濃度每提高 5 μg·g–1, 生物受毒害的概率提高15%[65]。因此, 若不嚴(yán)格監(jiān)管, 污染物就會轉(zhuǎn)移至食物鏈中, 被人或動物誤食后會造成嚴(yán)重的生物安全和人體健康風(fēng)險問題。

4 入侵植物作為土壤重金屬污染修復(fù)植物的探討

上已述及, 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的超富集植物, 由于其存在不易成活、修復(fù)效率低、修復(fù)時間長等局限性, 真正能在實際生產(chǎn)應(yīng)用的植物并不多, 因此, 繼續(xù)拓展超富集植物的篩選范圍和方向仍是土壤重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵所在。當(dāng)前, 植物入侵已成為全球共同關(guān)注的生態(tài)環(huán)境問題。入侵植物通常具有耐性與抗逆性強(qiáng)、生長繁殖擴(kuò)散快、生物量大、競爭性強(qiáng)等特點(diǎn), 并通過排擠本地植物而達(dá)到成功入侵。同時也有一些報道發(fā)現(xiàn)某些入侵植物也具有較強(qiáng)的重金屬富集能力[72]。因此, 面對全球性植物入侵的嚴(yán)峻形勢, 能否篩選利用一些超富集的入侵植物來修復(fù)土壤重金屬污染, 以―變害為利‖、―變廢為寶‖, ―反其道而用之‖, 不失為一個可供探索的方法與路徑。

4.1 入侵植物繁殖力強(qiáng)、生長擴(kuò)散快、抗逆性強(qiáng)

通常成功入侵的外來植物均具有很強(qiáng)的繁殖生長能力, 能迅速產(chǎn)生大量的后代, 主要表現(xiàn)在以下幾個方面[73-75]: 能通過種子或營養(yǎng)體大量繁殖; 世代比較短, 能在不利環(huán)境下產(chǎn)生后代; 植物的根或根莖內(nèi)儲存大量營養(yǎng), 具有較強(qiáng)的無性繁殖能力;種子的萌發(fā)率高, 幼苗生長快速且幼齡期短。很多入侵植物既能進(jìn)行有性繁殖, 又能進(jìn)行無性繁殖,且兩種生產(chǎn)方式產(chǎn)生的后代個體數(shù)量均很大, 從而使入侵植物能夠快速進(jìn)行繁殖和生長。如薇甘菊(Mikania micrantha)開花數(shù)量大, 結(jié)實率高, 產(chǎn)生大量種子。同時, 薇甘菊營養(yǎng)體的莖節(jié)處可以隨時生根, 伸入土壤吸取養(yǎng)分, 因此營養(yǎng)莖可以進(jìn)行營養(yǎng)繁殖[76]。紫莖澤蘭(Eupatorium adenophora)具有有性繁殖和無性繁殖兩種方式, 除種子繁殖外, 其根莖也能進(jìn)行無性分枝繁殖, 侵占地面空間, 迅速形成優(yōu)勢群落, 密集成叢[77]。

植物在生長過程中通常會遇到各種各樣的逆境, 包括極端溫度、干旱、洪澇、鹽堿、環(huán)境污染等各種物理化學(xué)脅迫和其他生存競爭脅迫[78]。入侵植物在長期逆境鍛煉下進(jìn)化產(chǎn)生了一系列抵抗不良環(huán)境的機(jī)制, 對環(huán)境有較強(qiáng)的忍耐力, 其生態(tài)幅較廣。如耐低溫、耐高溫高濕、耐鹽堿、耐旱等[79]。相關(guān)研究表明, 在低溫脅迫下, 小飛蓬(Conyza canadensis)、加拿大一枝黃花(Solidago canadensis)[80]、鉆形紫苑(Aster sublatus)、馬纓丹(Lantana camara)和一年蓬(Erigeron annuus)等入侵植物的脯氨酸含量升高, 有利于維持細(xì)胞正常代謝, 從而增加植物在逆境下的競爭能力[81]。鄧旭等[82]研究逆境下豚草(Ambrosia artemisiifolia)的抗氧化酶系統(tǒng)變化, 結(jié)果表明在逆境中豚草的MDA含量、超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活力都會升高, 說明豚草對高溫、高濕等逆境的適應(yīng)性強(qiáng)。胡亮等[83]研究表明, 同一鹽脅迫條件下, 薇甘菊幼苗根系和苗高生長受抑制程度明顯低于對照植物, 表現(xiàn)出了一定的適應(yīng)能力和耐鹽性。姚靜等[84]研究證實了在重度干旱、極度干旱條件下,小花月見草(Oenothera parviflora)通過關(guān)閉氣孔、降低蒸騰速率等方式適應(yīng)干旱生長, 具有一定的耐旱能力。入侵植物在重金屬脅迫下往往也能表現(xiàn)出比本地植物更強(qiáng)的抗逆性和耐性。例如, 低濃度重金屬 Cd脅迫使得入侵植物土荊芥(Chenopodium ambrosioides)與藜(Chenopodium album內(nèi)的丙二醛(MDA)、可溶性糖、抗氧化酶指標(biāo)(SOD、CAT、APX)均出現(xiàn)不同程度的升高, 且土荊芥升高值明顯高于本地植物藜[85]。Moenne[86]研究兩種不同入侵植物在重金屬脅迫下的防御機(jī)制, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)這兩種植物主要是通過細(xì)胞排斥機(jī)制來抑制金屬螯合物的合成以及高度活化體內(nèi)抗氧化酶活性來適應(yīng)重金屬超標(biāo)環(huán)境。

4.2 入侵植物對土壤重金屬的富集特征

已有研究表明, 一些入侵植物對土壤重金屬具有一定的富集作用。紫莖澤蘭對Cd元素有較強(qiáng)的富集作用和一定的Cd污染修復(fù)潛力, 對其他的重金屬也有不同的吸收轉(zhuǎn)移能力。趙小英[87]研究發(fā)現(xiàn), 紫莖澤蘭對Cd和Zn具有較強(qiáng)的富集能力, 對Pb和Cu具有一定的耐性和富集能力。由于紫莖澤蘭生物量大, 且能在重金屬脅迫條件下正常生長并將重金屬吸收、富集到地上部。因此, 將紫莖澤蘭用于修復(fù)鉛鋅礦區(qū)重金屬污染土壤具有較大潛力。Fonseca等[88]的實驗表明三葉鬼針草(Bidens pilosa)對Cd污染及 Cd-Pb-Cu-Zn復(fù)合污染的耐性較強(qiáng), 植物地上部Cd含量分別高于其根部Cd含量, 地上部Cd的富集系數(shù)也均大于1, 具備Cd超富集植物的基本特征。魏樹和等[89]以三葉鬼針草為研究對象的盆栽濃度梯度試驗結(jié)果表明, 當(dāng)土壤中Cd投加濃度分別為25/50/100 μg·g–1時, Cd 含量均大于其根部 Cd 含量,達(dá)到了Cd超富集植物應(yīng)達(dá)到的臨界含量標(biāo)準(zhǔn)。祖元剛等[90]以假蒼耳(Iva xanthifolia)為研究對象, 研究其對Cu和Pb的耐性和富集特征, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)在重污染處理下, 假蒼耳都表現(xiàn)出超強(qiáng)的耐性及富集作用,Cu和Pb富集系數(shù)分別高達(dá)11.39和4.18, 證明了假蒼耳作為一種外來入侵植物, 具有超富集植物的基本特征。林茂茲等[91]研究空心蓮子草(Alternanthera philoxeroides)對污泥重金屬的響應(yīng)與吸附效應(yīng), 證明了空心蓮子草對Mn、Cr、Zn、Ni、Cu等多種重金屬的吸收與富集特性。

5 展望

基于上述分析, 入侵植物具有生態(tài)適宜性廣、抗逆性強(qiáng)、生長快、生物量大, 對某些重金屬具有較強(qiáng)的富集作用, 能在許多惡劣環(huán)境中生長, 因此,針對一些重污染礦山地、復(fù)墾地、高污染農(nóng)田、污染退化土地等, 可考慮將入侵植物作為先鋒植物來進(jìn)行前期土壤修復(fù)。該領(lǐng)域具有較大的研發(fā)空間和應(yīng)用潛力。

(1)在入侵植物中繼續(xù)尋找和培育新的超富集植物。入侵植物中存在對重金屬耐性和富集作用均很強(qiáng)的植物, 如土荊芥對Pb的富集[92], 三葉鬼針草對Cd的富集[93]等。因此, 加強(qiáng)對土壤重金屬超富集的入侵植物篩選和開發(fā)應(yīng)用成為今后需要研究的重點(diǎn)方向之一。在物種篩選時, 可優(yōu)先選育無性繁殖能力強(qiáng)而有性繁殖能力弱的入侵植物, 以規(guī)避入侵植物通過其種子大范圍傳播而產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險。同時,需著重關(guān)注入侵植物在重金屬環(huán)境中的生長特性與生態(tài)過程, 研究其對重金屬的吸收、富集、轉(zhuǎn)運(yùn)及分布特征, 以便為利用入侵植物作為重金屬土壤的修復(fù)植物提供理論依據(jù)。

(2)在應(yīng)用入侵植物修復(fù)土壤重金屬污染過程中,需著重研究入侵植物在整個生命周期的修復(fù)潛能和生態(tài)風(fēng)險評估, 確定最佳的刈割收獲時期, 以期達(dá)到最優(yōu)的修復(fù)效率和更好的修復(fù)效應(yīng), 且降低其擴(kuò)散入侵的風(fēng)險。例如, 為防止入侵植物在修復(fù)土壤重金屬污染過程中發(fā)生擴(kuò)散蔓延, 可考慮在入侵植物種子未成熟時, 將其刈割收獲, 然后集中處理或后續(xù)利用?；蛟谖廴拘迯?fù)區(qū)的周邊, 架設(shè)圍墻或防護(hù)網(wǎng), 或采取火燒等相關(guān)措施, 以減少入侵植物的蔓延和種子擴(kuò)散風(fēng)險。

(3)運(yùn)用生物群落演替理論, 采用分階段的植物替代修復(fù)策略。即在重污染的惡劣土地環(huán)境中, 利用超富集入侵植物作為先鋒植物, 修復(fù)重度污染的土壤, 當(dāng)土壤中重金屬含量消減到一定程度以及土壤肥力與生態(tài)環(huán)境得到改善后, 再移栽適宜的超富集重金屬的喬木、灌木或經(jīng)濟(jì)作物等來替代控制入侵植物, 這樣既能快速高效地修復(fù)土壤重金屬污染,又能較好地替代控制入侵植物的擴(kuò)散蔓延及其所造成的相關(guān)生態(tài)風(fēng)險。

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