自20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)鎘(Cadmium，以下簡稱Cd)以來，Cd被廣泛應(yīng)用于電鍍工業(yè)、化工業(yè)、電子業(yè)和核工業(yè)等領(lǐng)域，需求量也越來越大，相當(dāng)數(shù)量的Cd通過廢氣、廢水、廢渣排人環(huán)境，造成污染。土壤中Cd超標(biāo)一方面會對植物造成毒害并使經(jīng)濟作物減產(chǎn)，另外也會被植物吸收并富集在籽實內(nèi)進入食物鏈。Cd一旦通過各種方式進入人體，就會在人體內(nèi)蓄積起來，其生物學(xué)半衰期長達lO至30年．有關(guān)土壤環(huán)境中Cd通過食物鏈對人類造成的危害在上世紀(jì)就開始有報道，人體攝入過量的Cd易引起前列腺癌、腎癌和痛痛病等疾病。

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量Cd的使用，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中污灌、施肥等行為的加劇，受污染環(huán)境中的Cd含量也逐年上升，據(jù)統(tǒng)計，每年在世界范圍內(nèi)進入土壤的Cd總量為2.2萬t。目前，我國受Cd、As、Cr、Pb等重金屬污染的耕地面積近2000萬hm²，約占總耕地面積的1／5；其中工業(yè)“三廢”污染耕地面積l000萬hm²，污水灌溉的農(nóng)田面積已達330多萬hm²。在土壤重金屬污染中，Cd污染非常嚴(yán)重。20世紀(jì)90年代初，我國污灌農(nóng)田為14000000hm²，由于污灌不當(dāng)對6300000hm²農(nóng)田造成不同程度的污染，其中Cd污染耕地130000hm²，涉及11個省市的25個地區(qū)，每年生產(chǎn)cd米(Cd含量≥1.0mg／kg的糙米)50000000kg。如沈陽市張士灌區(qū)因污染可能會生產(chǎn)Cd米的面積約為329hm²，土壤中的作物受Cd污染導(dǎo)致“Cd米”的地區(qū)還有：上海的沙川灌區(qū)、江西大余縣灌區(qū)、廣東的廣州和韶關(guān)地區(qū)、廣西的陽朔和湖南的衡陽等地，近幾年，Cd污染的狀況有日益嚴(yán)重之勢，這嚴(yán)重影響到糧食產(chǎn)量和糧食安全問題。

1 土壤中的Cd及其來源

1．1 土壤中的Cd及其存在形態(tài)

Cd在地殼中的含量較少，世界上多數(shù)土壤Cd含量為0.01～2.0mg／L，平均值為0.35mg／L。在我國，據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站(1990年)報告，全國41個土類Cd的背景值差異明顯，Cd含量變化范圍在0.017～0.332mg／kg之間。由于土壤腐殖質(zhì)對Cd有富集作用，有的土壤Cd含量可高達4.5mg／kg。隨水流遷移到土壤中的Cd可被土壤吸附，吸附的Cd一般在0～15cm的土壤表層累積，15cm以下含量顯著減少。

重金屬Cd在土壤中以水溶態(tài)和難溶態(tài)的形式存在．水溶性Cd主要以離子態(tài)或絡(luò)合態(tài)存在，如Cd2+、CdC1+、CdSO4等；難溶性Cd以交換態(tài)(粘土交換及腐殖質(zhì)交換)、化學(xué)沉淀態(tài)及難溶性螯合態(tài)存在于土壤顆粒中，如CdS、CdCO3等。

1．2 Cd的來源

土壤中Cd的來源方式主要是自然過程、采礦、冶煉、污灌、施肥、大氣沉降等，自然過程對土壤中Cd的輸入主要通過巖石風(fēng)化和火山活動等地質(zhì)和環(huán)境地球化學(xué)過程．魯如坤等(1992年)根據(jù)歐共體國家1975年的統(tǒng)計數(shù)字推算，土壤外源Cd有6％來自生產(chǎn)Cd的工業(yè)，57％來自使用Cd為原料的工業(yè)，37％來自其他工業(yè)來源。其中，每年來自農(nóng)業(yè)和動物廢物Cd的含量為0.22萬t、城市污水和 廢水等0.438萬t、礦物灰0.72萬t、肥料和殺蟲劑0.02萬t、工廠廢棄物0.12萬t、大氣沉降物0.5萬t等。

2 修復(fù)技術(shù)

目前，對于重金屬污染土壤的治理主要包括工程措施、化學(xué)治理措施、農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)措施和生物修復(fù)措施等方面，對于Cd污染土壤的治理也是使用這些方法，在實際應(yīng)用中，一般會根據(jù)土壤中Cd污染濃度、存在形態(tài)以及土壤特性等情況選擇合適的方法進行修復(fù)，以達到較高的修復(fù)效率。

2．1 工程措施

工程措施包括客土法、換土法、深耕翻土法、固化、穩(wěn)定化方法、電動力修復(fù)法等，工程措施具有穩(wěn)定、見效快的優(yōu)點，但存在工程量大、投資費用高、二次污染隱患等缺點，不適宜大面積污染土壤的治理，因此，其不是一種理想修復(fù)土壤Cd污染的方法。

2．2 化學(xué)治理措施

化學(xué)治理措施包括淋溶法、施用改良劑等方法，這些方法能夠在短期內(nèi)降低土壤中重金屬的毒性和生物有效性，但此方法因人為向土壤中施加化學(xué)藥劑，易造成二次污染，且該方法是一種原位修復(fù)方法，重金屬Cd仍存留在土壤中，容易再度活化危害植物，其潛在威脅并未消除。此外，就修復(fù)后土壤的長期有效性和生態(tài)系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性來說，還缺乏深入細(xì)致的研究。

2．3 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)措施

近年來，一系列農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)措施被逐漸應(yīng)用于受重金屬污染土壤的修復(fù)，農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)措施是通過調(diào)節(jié)諸如土壤水分、土壤pH值、土壤陽離子代換量(CEC)、CaCo3和土壤氧化還原狀況及氣溫、濕度等因素，改變土壤中Cd的活性，降低其生物有效性，以減弱重金屬對植物的毒害作用。農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)方面我國研究的較多，取得了一定的成就，該方法實施過程中，要系統(tǒng)考慮土壤物理、化學(xué)特性的相互影響和作用，目前仍缺少對此方面的系統(tǒng)研究，另外，該方法也是一種原位修復(fù)技術(shù)，cd形態(tài)發(fā)生了改變，但仍存在土壤中，容易再度活化，對生物產(chǎn)生危害。

2．4 生物修復(fù)措施

2．4．1 微生物修復(fù)

土壤微生物包括與植物根部相關(guān)的自由微生物、共生根際細(xì)菌、菌根真菌，它們是根際生態(tài)區(qū)的完整組成部分。微生物在修復(fù)被重金屬污染的土壤方面具有獨特的作用，其抗重金屬機制包括生物吸附、胞外沉淀、生物轉(zhuǎn)化、生物累積和外排作用。通過這些作用，微生物一方面可以降低土壤中重金屬的毒性，并可以吸附積累重金屬；另一方面可以改變根系微環(huán)境，從而提高植物對重金屬的吸收、揮發(fā)或固定效率。

目前，大部分微生物修復(fù)技術(shù)還局限在科研和實驗室水平，實例研究還不多，無法大面積推廣，對于微生物修復(fù)技術(shù)還需做更深人探索。

2．4．2 動物修復(fù)

利用土壤中的某些低等動物如蚯蚓能吸收重金屬的特性，在一定程度上降低了污染土壤中重金屬比例，達到了動物修復(fù)重金屬污染土壤的目的。目前利用低等生物進行重金屬cd污染修復(fù)的研究仍局限在實驗室階段，且因受低等動物生長環(huán)境等因素制約，其修復(fù)效率一般，并不是一種理想的修復(fù)技術(shù)。

3 植物修復(fù)

3．1 植物修復(fù)的概念和類型

植物修復(fù)是指利用植物轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化環(huán)境介質(zhì)中有毒有害污染物，使其對環(huán)境無害，使污染環(huán)境得到修復(fù)與治理。它是一項新興的污染環(huán)境治理技術(shù)，屬于生物修復(fù)的范疇。廣義上的植物修復(fù)技術(shù)是指利用植物吸收、提取、分解、轉(zhuǎn)化或固定土壤、沉積物、污泥或地表、地下水中有毒有害污染物的技術(shù)的總稱。而狹義上的植物修復(fù)技術(shù)是指將某種特定的植物種植在重金屬污染的土壤上，該種植物對土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力，將植物收獲并進行妥善處理(如灰化回收)后即可將該種重金屬移出土體，達到污染治理與生態(tài)修復(fù)的目的。與傳統(tǒng)的修復(fù)方法相比，植物修復(fù)具有綠色、環(huán)保、經(jīng)濟等優(yōu)勢。

植物去除土壤中重金屬的機理主要依靠植物萃取作用、根系過濾作用、植物揮發(fā)作用和植物固定化作用。根據(jù)修復(fù)植物在某一方面的修復(fù)功能和特點，可將植物修復(fù)分為植物提取、植物揮發(fā)和植物穩(wěn)定3種類型。

植物提取法是利用一些植物對某種重金屬的吸收和在地上部的蓄積，并通過收獲地上部達到減少土壤重金屬含量的目的。當(dāng)?shù)厣喜繉δ撤N重金屬的蓄積達到一定量可稱之為超積累或超富集植物，規(guī)定植物積累的Cd含量一般在100mg／kg以上。

植物揮發(fā)是指植物吸收土壤中的重金屬，將體內(nèi)重金屬轉(zhuǎn)化為可揮發(fā)的狀態(tài)，并通過植物的葉片等部位揮發(fā)出去，從而降低土壤中重金屬含量，這種修復(fù)方法應(yīng)用范圍較小，更多的用于一些揮發(fā)性的重金屬，比如№ 、Se等。并且，通過植物揮發(fā)雖然減少了土壤中重金屬含量，但揮發(fā)出的重金屬進入大氣，會造成大氣的重金屬污染。筆者認(rèn)為，從整體環(huán)境考慮，修復(fù)土壤中的重金屬污染不能以對其他環(huán)境造成污染為代價。

植物穩(wěn)定是通過吸收、分解、氧化、固定等過程，降低重金屬的流動性和生物可利用性，防止重金屬的滲漏和轉(zhuǎn)移，減少重金屬對植物的危害。在這一過程中，土壤中重金屬含量并不減少，只是存在形態(tài)發(fā)生了變化。通過大面積種植此類作物，可有效降低廢棄礦場和重金屬污染嚴(yán)重地區(qū)重金屬的危害。

3．2 Cd污染土壤植物修復(fù)研究現(xiàn)狀

1977年Brooks等首次提出了超積累植物的概念，1983年，美國科學(xué)家Chaney等首次提出運用超積累植物去除土壤中重金屬污染物的設(shè)想。目前，國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)的各類超積累植物有700多種，大部分都在國外。Cd的超積累植物近年來也陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，如王松良等研究了蕓苔屬蔬菜對Cd的富集特性并發(fā)現(xiàn)這類植物對修復(fù)土壤Cd污染有一定的潛力；劉威發(fā)現(xiàn)寶山堇菜可以富集Cd，在自然條件下，其地上部Cd平均含量為1168mg／kg；魏樹和通過盆栽模擬實驗發(fā)現(xiàn)龍葵(Solanum nigrum)滿足Cd超積累植物的衡量標(biāo)準(zhǔn)；王激清通過水培與土培實驗篩選出了芥菜型油菜川油lI一10為理想的高積累Cd油菜；熊愈輝通過大量實驗研究發(fā)現(xiàn)礦山型東南景天是一種Cd超積累植物；彭克儉等研究的結(jié)果表明龍須眼子菜能有效轉(zhuǎn)移水中的Cd、Pb，可以作為吸附劑用于含Cd、含Pb廢水的處理；聶發(fā)輝發(fā)現(xiàn)株洲冶煉廠生產(chǎn)區(qū)實驗范圍內(nèi)的商陸是一種Cd的超積累植物；潘志明等采用正交試驗法對腎蕨進行實驗發(fā)現(xiàn)腎蕨對Cd、Hg有較好的富集作用。國外發(fā)現(xiàn)的Cd超積累植物還有Baker 1989年在歐洲中西部發(fā)現(xiàn)的能富集Cd高達2130mg／kg的十字花科植物天藍褐藍菜、Thlaspi caerulescens J&C Presl和Arabidopsishalleri(L)0 Kane&Al—Shehbaz等等。我國植物種類繁多，資源豐富，在尋找Cd的超積累植物方面仍有很大空間。

目前，利用植物修復(fù)cd污染土壤的做法正在被越來越多的研究人員所推崇，此做法也得到社會的認(rèn)可和強烈關(guān)注，是一個前景廣闊的研究領(lǐng)域。此方法的關(guān)鍵是通過多種方法找尋更多超積累植物或修復(fù)效率高的植物，有部分研究人員還提出可以用大生物量的植物進行替代，雖然有些植物不是超積累植物，但因其生物量大和對重金屬有耐性等特征，仍能應(yīng)用于重金屬污染土壤的植物修復(fù)。比如有研究人員用煙草、美人蕉等作物進行Cd污染土壤的植物修復(fù)研究，也取得了很好的效果，這也為其他研究人員提供了一種思路。

3．3 Cd污染土壤植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點與不足

與傳統(tǒng)的化學(xué)修復(fù)、物理和工程修復(fù)相比，植物修復(fù)技術(shù)有一些顯著的優(yōu)點：植物修復(fù)技術(shù)是一種原位修復(fù)技術(shù)，對土壤擾動小，可永久解決土壤污染問題，并可大面積修復(fù)受污染土壤。另外，在污染土壤上種植植物對環(huán)境有綠化和美化作用，并利于生態(tài)系統(tǒng)的保持，易于被人們接受，目前已有學(xué)者開始研究用觀賞性植物進行修復(fù)。此外，與其他修復(fù)技術(shù)相比，植物修復(fù)技術(shù)成本較低。

植物修復(fù)技術(shù)目前仍處在實驗階段，對于污染環(huán)境治理的具體應(yīng)用而言，還存在一些局限性，目前發(fā)現(xiàn)的可用于植物修復(fù)的超積累植物一般都存在地上部作物量小、生長緩慢和季節(jié)性較強的限制，耗時較長，修復(fù)效率不高。另外，不同的植物僅對某一種污染有較好的修復(fù)效果，對于復(fù)合型污染的修復(fù)則收效甚微。此外，在植物修復(fù)過程中，還應(yīng)防止植物的籽實可能被誤食導(dǎo)致食物鏈污染。具體參見http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

植物修復(fù)技術(shù)目前受其局限性制約，無法大面積應(yīng)用于實地修復(fù)，面對日益嚴(yán)重的重金屬污染，當(dāng)務(wù)之急是需要完善植物修復(fù)技術(shù)，提高植物修復(fù)效率。

4 Cd污染土壤生物修復(fù)技術(shù)研究展望

目前，因工業(yè)三廢、污灌等原因?qū)е碌耐寥繡d污染越來越嚴(yán)重，眾多研究人員對污染土壤的修復(fù)技術(shù)進行了大量卓有成效的研究，生物修復(fù)尤其是植物修復(fù)技術(shù)因其經(jīng)濟、環(huán)保等優(yōu)點而備受推崇，并不斷有新突破。在以后的生物修復(fù)技術(shù)研究過程中，以下幾方面將會是重點和難點：

4．1 重金屬污染土壤修復(fù)植物的選育

目前，全世界已經(jīng)篩選出數(shù)量眾多的Cd的超積累植物，但這些超積累植物普遍存在生物量小、修復(fù)效率不高的缺陷，找尋生物量大、易于收割、氣候適應(yīng)性強的超積累植物仍是當(dāng)前的重點工作之一。除草本植物外，也可對木本植物進行選育，有研究人員用楊樹和柳樹做了實驗，發(fā)現(xiàn)它們對重金屬Cd污染土壤的修復(fù)具有良好的效果和作用。此外，可通過選育多種超積累植物，用這些植物在重金屬污染土壤區(qū)域構(gòu)建立體生物群落，在不同季節(jié)，進行不同組合，實現(xiàn)生物多樣性并提高修復(fù)效率。

4．2 植物根際圈內(nèi)環(huán)境研究

菌根真菌對根際圈內(nèi)的重金屬具有吸收、屏障及螯合作用，能影響菌根植物對重金屬的積累和分配，使菌根植物體內(nèi)重金屬積累量增加，提高植物提取的效果。此外，根際圈內(nèi)細(xì)菌也能吸附和固定重金屬，說明細(xì)菌對重金屬也有修復(fù)作用。怎樣使菌根一植物～ 微生物修復(fù)體系達到最佳組合，將成為一個新的研究方向。

4．3 生物工程技術(shù)和基因工程技術(shù)的應(yīng)用

建立Cd的超積累植物基因庫，資源共享，加快研究步伐．通過應(yīng)用生物工程技術(shù)和基因工程技術(shù)，將Cd超積累植物的基因?qū)�人到生物量大、生長迅速、季節(jié)適應(yīng)性強的植物體內(nèi)，可以培育出較理想的超積累植物，此技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用，將會突破目前超積累植物選育的瓶頸，并將因其綠色環(huán)保、經(jīng)濟高效而在以后的重金屬污染土壤修復(fù)方面發(fā)揮不可替代的作用。來源：南京師大學(xué)報(自然科學(xué)版)