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北極星環境修復網訊:摘 要
土壤重金屬汙染具有汙染過程複雜、危害突出和修復困難等特點，修復刻不容緩。電動力學輔助植物修復（EKAPR）致力於彌補電動力學和植物修復各自劣勢，協同發揮二者優勢，解決電動力學無法徹底清除土壤重金屬和植物修復緩慢、作用範圍有限等突出問題。本文通過分層總結，歸納了電動力學輔助植物修復重金屬的研究現狀、影響類型與作用特徵、相互作用關係及強化修復機制等。綜述表明，EKAPR體系電動力學和植物相互作用，存在有利或不利於重金屬清除的影響，在克服自身的局限方面兩者也存在很多協同效應；EKAPR過程主要受電場類型、電場布置與強度、pH演變、添加劑等的控制。電動力學通過改善重金屬的空間及形態分布，促進養分吸收及刺激根際分泌等作用機制，可有效提高重金屬植物吸收富集及汙染土壤修復效果。EKAPR被認為是新穎、綠色、可持續的原位重金屬汙染場地修復技術，在實現汙染場地修複方面具有較大發展前景。分析表明，現有研究工作開展較少，若干技術問題和應用挑戰仍然存在。加大關鍵變量影響特徵分析及調控、電動力學輔助下植物營養與重金屬分布變化機制、累積特徵及強化機制研究是克服難點及推動EKAPR技術應用的關鍵。
圖表摘要
圖1 電動力學修復汙染土壤的過程與原理
圖2 Lasagna技術工藝原理圖
圖3EKAPR典型實驗裝置示意圖
圖4EKAPR重金屬汙染土壤的影響條件及因子類型
圖5EKAPR不同維度的典型電極布置圖
圖6 EKAPR重金屬汙染土壤的作用機制
表1 EKAPR重金屬汙染土壤的研究成果
展 望
EKAPR重金屬汙染土壤在一定程度上既可改善植物修復重金屬生物活性低、根系可達範圍有限、生長慢、耗時長等問題，也可克服電動力學難以將重金屬從土壤中直接移除的不足，在土壤汙染修復上具有較大的發展潛力。綜述表明，EKAPR技術研究尚處於實驗室研究階段，修復土壤汙染目標對象多為重金屬，研究重點集中於電動力學輔助對植物生長、土壤理化指標、微生物數量、部分營養物、活性酶和重金屬吸收富集量的影響等方面。EKAPR重金屬汙染土壤存在諸多有利與不利的作用過程，其主要影響因素可歸納為電動力學參數、植物條件、土壤類型、重金屬汙染特徵和添加輔助物5個方面。電壓梯度被認為是關鍵因素，對其調控必須考慮場地土壤性質和植物的電響應特徵，應綜合把控電動力學的正負效益以選擇適宜的電壓梯度。電動力學介入有利於土壤養分釋放，一定程度可促進植物的生長發育，改善重金屬形態分布和遷移聚集，使得重金屬離子根系可達並促進吸收富集量。電動力學作用依然會導致土壤的酸鹼化，對土壤微生物、酶活性及植物生長產生不利於影響，但這些電場的不利影響很大程度上能被植物消除或部分抵消。目前，EKAPR重金屬汙染土壤的研究缺乏針對複雜汙染場地的修復研究，涉及的植物種類較少，尤其是那些有前景的超富集植物。EKAPR複合生態系統中土壤理化性質特徵、土壤動物及微生物和重金屬形態演變特徵及調控技術尚未明晰，電動力學輔助對超富集植物根際形態演變過程和重金屬植物吸收富集特徵的影響機理仍不明確，尚未見場地應用示範研究及規模化推廣應用。為加快推進EKAPR的重金屬汙染場地修復應用，有必要對影響EKAPR系統「電場-植物-土壤-重金屬離子」間相互作用的機理及調控方法進行深入研究。所以未來應重點關注以下幾個方面：①加大對有前景的超富集植物的選擇及測試研究，同時注重不同生態位修復植物系統的構建；②深入研究電動力學參數對土壤理化性質、植物生理及代謝、土壤微生物群落等生物地球化學行為的影響及作用機制，同時以EKAPR作用機制為指導，開展電動力學施加方式、時段和時間等調控研究，優化減少EKAPR電能消耗；③將EKAPR體系按複合生態系統理論來思考，在以土壤汙染物去除為目標來研究EKAPR優化條件時，應保障EKAPR複合生態平衡及良性循環；④重點對電動力學輔助下土壤營養物質及重金屬水土介質分配特徵與分布變化開展研究；⑤從分子生物學角度，探究電動力學輔助對植物吸收富集土壤重金屬的吸收、轉運、累積等生理代謝過程及基因表達的影響。
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