Co Haumaniastrum robertii 10200 扎伊尔
Brooks(1977) Beath,et al.(1937)
Se 黄芪属(Astragalus racemosus) 14900 怀俄明
Mn 串珠藤属(Alyxia rubricaulis) 11500
新喀里多Brooks,et 尼亚
al.(1981)
金属在植物中的超积累是一种复杂的现象，因为超积累植物的金属吸收、转移和耐受分别受不同的基因控制，很难找到只耐受或只积累重金属的植物[19]。超富集植物是能超量吸收重金属并将其运移到地上部的植物（表3）。通常，超富集植物的界定可考虑以下两个主要因素：①植物地上部富集的重金属应达到一定的量；②植物地上部的重金属含量应高于根部。由于各种重金属在地壳中的丰度及在土壤和植物中的背景值存在较大差异，因此对不同重金属，其超富集植物富集浓度界限也有所不同。尽管目前世界上已经发现了大量的重金属超富集植物，但这些植物普遍存在生物量低、生长缓慢、地域性较强和修复时间较长等缺陷[1]。许多学者在寻找超富集植物的同时也开始关注对重金属具有耐性、适应性强、分布广泛和生物量高的一些能源作物和园林花卉等常见植物。这些植物与超富集植物相比体内重金属富集量很低，但因植物生物量及生长速度都远远大于超富集植物，即使体内重金属含量未达到临界含量标准，但同样时间内所积累的重金属绝对量反而比超富集植物积累的绝对量大，对重金属污染土壤的修复作用更大。表4为目前国内外学者研究发现的一些对单一或多种重金属元素，如铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）、锰（Mn）等，具有耐性、富集和超富集能力的野生植物、能源作物和观赏花卉等。
表4国内外常见重金属耐性、富集和超富集植物[21]
Tab.4 Common heavy metal tolerance and accumulation and hyperaccumulation
plants at home and abroad
目标金属元素 植物名称 Pb Zn Cd Cu Mn 串叶松香草 √ 桦树 植物名称 Pb Zn Cd Cu As √ 目标金属元素 白三叶 中华景天 银杏 紫茉莉 全叶马兰 淡黄鼠李 吊兰 德国鸢尾 牛耳枫 大叶樟 蚊母 构树 胜红蓟 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 海州香薷 油菜 银合欢 东南景天 蜈蚣草 大叶井口边草 紫花苜蓿 印度芥菜 龙葵 伴矿景天 苍耳 凤尾蕨 杂交狼尾草 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 2.3植物修复的主要影响因素
植物对土壤中重金属物质的积累效果取决于物理化学因素，包括重金属浓度、土壤pH、电导率等，土壤营养状况和重金属的形态。此外迁移速率以及土壤中磷、铅等微量元素和土壤生物活性也会影响植物修复的效果[22]。
（1）土壤因素。重金属进入土壤后会与土壤结合，土壤释放重金属的能力及重金属从土壤团里转移到植物根部的过程决定了金属的植物可利用性。黏土矿物具有吸附重金属离子的特殊表面，从而限制了植物对重金属物质的吸收。植物对重金属物质的吸收同样受到土壤 pH值的影响。如Cu在土壤pH为5～7时活性最小，pH＞7.5时，溶出量增大。另外，土壤中有机质也会影响植物对重金属的吸收利用。
（2）植物因素。不同植物对重金属的积累类型和积累量不同。研究显示，庭荠属和李禾氏对Ni的吸收效果明显，高山萤属类对土壤中Cu、Co等吸收效果明显。Banuelos等[23,24]研究表明，在Se和Hg污染的土壤中分别种植芥菜和烟草，可使土壤中的Se和Hg通过挥发形式得以有效去除；Meagher等[25]研究表明在Se污染的土壤中种植洋麻可使土壤中Se3+转化为挥发性的甲基硒而得以去除。故针对不同的污染物选择不同的植物进行修复，能够有效提高植物修复效
率。此外，即使是同类植物，重金属的积累量也随器官不同发生变化。As富集植物蜈蚣草不同器官中的重金属含量为羽片＞叶柄＞根系；同样，天蓝遏蓝菜枝条中重金属物质的含量远高于根系，显示出其对Zn和Ca独特的富集能力。 2.4 提高植物修复效率的手段
提高植物修复效率主要措施包括农艺措施，化学措施，微生物措施和基因工程措施。
（1）农艺措施。施肥可用于强化重金属污染土壤的植物修复，促进植物生长，提高植物生物量，进而提高植物累积重金属总量[26]。但需要注意的是，肥料的使用量需要适宜，过量使用化肥可能会降低植物的修复效率。如聂俊华等[27]报道，少量的氮肥能够提高植物对Pb的吸收效率，但植物对Pb的吸收能力随着氮肥水平增加而下降。另外，合理的植物栽培与田间管理如翻耕、搭配种植、刈割及轮作、间作、套作等同样会提高植物修复效率。Wu等[28]将超富集植物与普通植物进行套种，结果效果良好且降低了修复成本。
（2）化学措施。通过向土壤中施加化学物质，来改变土壤重金属的形态，提高重金属的植物可利用性来提高重金属的去除效果。当人工添加特定的螯合剂到土壤后，土壤固相吸附固定的重金属离子被活化释放并溶解进入土壤溶液，从而提高超富集植物对重金属的吸收富集效率[29]。Wu等[30]研究发现，在种植印度芥菜的Cu、Pb污染土壤中施加乙二胺四乙酸（EDTA）可显著增加印度芥菜地上部分的Cu、Pb含量。Debra等[31]也发现在利用印度荠菜修复土壤中Cd污染时，添加EDTA可使其体内Cd富集浓从131mg/kg提高到1283mg/kg。Zhou等[32]研究表明EGTA可显著促进超富集植物对土壤中Cd的吸收。Quartacci等[33]发现施加NTA后印度芥菜地上部分Cd、Zn的浓度提高了2倍，Cu的浓度提高了3倍。
（3）微生物措施。根际微生物可以通过金属的氧化还原来改变土壤金属的生物有效性，或者是通过分泌生物表面活性剂，有机酸、氨基酸和酶等来提高根际环境中重金属的生物有效性[34]。赵根成等[35]发现，外源添加放线菌PAQ、shf2和细菌Ts37、C13能够促进超富集植物蜈蚣草的生长，提高其积累As的能力。 王发园等[36]通过试验证明，将丛枝菌根真菌于植物联合培养，不仅能够减轻重金属对植物的毒害，还能有效提高植物对重金属的吸收和转化效率。Tiwari等[37]
从香蒲根际中分离出了一些菌株能有效钝化固定土壤中的Cu和Cd；马淑敏等[38]采用甜高粱与蚯蚓协同对Cd污染土壤进行修复，结果表明蚯蚓能显著提高高粱生物量以及对Cd的吸收量。
（4）基因工程措施。基因工程技术将金属螯合剂、金属硫蛋白(MTs)、植物螯合肽(PCs) 和重金属转运蛋白基因等转入超积累植物，能有效增加植物对金属的提取[39]，从而提高植物修复的效率。Gisbert等[40]将小麦PCs合成的TaPCSI基因导入烟草中，烟草对Pb的积累量相对于野生型提高了1倍。同样，Mer A转基因烟草去除Hg的能力是非转基因烟草的3～4倍。虽然利用基因工程手段提高植物修复效率存在一些问题[41]，但其仍是提高植物修复效率的一个有效手段。
3植物修复限制因素
3.1限制因素
虽然植物修复绿色环保，目前也取得了一系列修复效果，但植物修复也面临许多难题。
（1）效率低。一般植物对重金属富集量较低，要达到预期修复效果一般需要较长时间。如假设需要移除土壤中Cd 的总量为4 kg·hm-2。若植物地上部年产量为4t·hm-2(相当于常规作物如玉米、水稻的1/5[42])，需要连续种植20年才能将土壤Cd浓度降低1mg·kg-1。而目前所发现的超富集植物较小，且大多数为Ni的富集植物，但所需修复的耕地大多数却是重金属的复合污染，多元胁迫下，植物修复时间将进一步延长。连续收获植物会导致土壤重金属有效性不断降低，植物对土壤重金属的吸收能力也会随之下降。其次植物修复能力通常在室内实验的条件下得出。而实际上，超积累植物多为野生型稀有植物，对生物气候条件的要求比较严格，区域性分布较强，严格的适生性使成功引种受到限制。即使引种成功，连年的种植也会使土壤养分逐步耗竭，病原微生物滋生，极易引起连作障碍等问题。
（2）二次污染风险。在植物收获的过程中，富集重金属的枯枝落叶极易随风或随附近的河流分散到邻近地区。如果落叶中重金属含量偏高，就会导致周围环境的二次污染，并扩散为面源污染。同时，植物落叶过程也是导致重金属在不同土层的再分配过程。土壤深层的重金属通过植物吸收带到地上部，这容易导致
表层土壤聚集更多的重金属。富集重金属的植物一旦被畜禽所误食，污染物就会转移至食物链中，造成更为严重的农产品的危机。除此，植物修复会产生大量的、高污染的植物残体，多年来，学者们对植物残体综合处置问题开展了一系列研究，如利用堆制、压缩、热解、焚烧、灰化、液萃取等方法提取残体中的重金属，但这些技术仍属于样品前处理范畴。由于目前处理成本过高，如何妥善管理和利用这些提取的重金属至今仍是个科研难题。 3.2改进方法
（1）超富集植物选育。我国国土广袤，气候地理条件复杂多样、植物资源丰富，为开展植物修复技术研究提供了优越的条件。目前，我国选育的超富集植物种类较少，筛选、培育、驯化超富集植物仍然是今后一个时期内植物修复研究领域的重要任务，特别是要加强木本超富集植物的选育工作。
（2）深化基础理论研究。植物对重金属元素的超富集、转化、转移、代谢机理，根际作用以及根际微生物群落的生态学和生理学特征，根际土壤环境条件对重金属的生物有效性制约机理，植物—微生物—重金属的相互作用，重金属元素在土壤中的吸附、解析、迁移机理等一系列基础理论问题有待深入研究。 （3）基因工程技术的运用。目前已发现的超富集植物大多存在根系浅、生物量小、生长缓慢等缺点，使植物修复技术应用受到限制。科研人员可以应用基因工程技术，将自然界中超富集植物的耐重金属、超累积基因导入到生物量大、生长速度快、抗逆性强、修复效率高的植物中去，从而获得高效的超富集植物。利用基因工程也可使植物将重金属元素富集在不可食用、易于收割的组织当中，避免修复植物被动物采食而使重金属元素进入食物链，便于修复植物的后期处理。近些年来，在Se、Hg、Cd、Zn等重金属元素转基因植物研究方面已初获成果，基因技术的应用将为植物修复广泛推广开辟新的途经。
（4）施肥技术的提高。重金属污染土壤常出现在矿区、废弃地等养分贫瘠区域，修复中需要根据待修复土壤的养分状况及超富集植物的需肥特性进行施肥；土壤中较高浓度的重金属元素会影响植物对营养元素的吸收，严重时会出现缺素症状甚至死亡；此外，超富集植物也会从土壤中带走大量营养元素，因此，需要通过施肥来确保超富集植物修复过程中的营养供应。
（5）环境友好型添加剂研发。选择合适的土壤添加剂是促进植物修复技术