土壤污染是一個日益嚴重的世界性難題。土壤污染物主要是人為活動造成的，污染物來源主要有采礦與冶煉，火力發電，工業廢水、廢渣、廢氣的排放，化肥的施用，農藥的噴施，污水灌溉等[1].根據中國環境狀況公告，2004 年，全國工業固體廢物產生量為 12.0 億 t,2011 年高達 32.5 億 t,為 2004 年的 2.71 倍，年均遞增 15.29%;2004 年廢水排放量為 482.4 億 t,2011 年達到了 652.1 億 t,為 2004 年的 1.35 倍，年均遞增率為 4.4%.伴隨著廢水排放量的增加，廢水污染物排放量也在急劇增加，揮發酚從 2002 年的 0.21 萬t 增加到 2010 年的 7.33 萬 t,為 2002 年的 35 倍；氰化物同期從 0.077 萬 t 增加到 0.72 萬 t,增加了近 10 倍；石油類污染物從 2001 年的 2.9 萬 t 增加到 2010 年的 35.42 萬 t,增加了 11.2 倍。重金屬如 Hg、Cd、Cr、Pb和 As 排放量也在增加。由于我國淡水資源的短缺，污水灌溉仍然存在，導致我國土壤污染面積較大。我國現有的 1 億 hm2耕地中受到不同程度污染的面積占 20%左右[2],每年因重金屬污染導致糧食減產 1 200 萬 t,造成的直接經濟損失超過 200 億元。此外，土壤污染引起農產品中污染物含量超標，且通過食物鏈富集到人和動物體內，危害人畜健康。如世界八大公害事件中的日本米糠油事件是由多氯聯苯引起的，而水俁病事件的罪魁禍首是甲基汞，骨痛病是由重金屬 Cd 污染引起的。目前我國農產品質量安全不容樂觀，有資料表明，10%的糧食、24%的農畜產品和 48%的蔬菜存在質量安全問題[3].表土中的污染物借助于風力、水力的作用能夠分別進入到大氣和水環境中，引起大氣和水體的污染，由此引起生態系統退化等生態問題。
1土壤污染治理與修復方法比較
目前污染土壤的修復與治理主要有物理、化學、生物學等方法。物理和化學治理方法是傳統的方法，主要使用的有玻璃固化[4-5]、挖掘填埋[5]、電動修復、氧化還原等技術[6].近些年發展起來的植物修復與傳統修復技術相比，具有明顯的優勢和局限性（見表 1）[7].
不同處理技術的成本差距較大。玻璃固化技術、土地填埋、化學修復和電動修復技術修復的成本分別是 75~425 美元 /t、100~500 美元 /t、100~500 美元 /t 和 20~200 美元 /t[8].通過植物提取技術來修復污染的土壤，其成本只有 5~40 美元 /t.修復 4046.9m2的污染土壤（厚度為 50cm），植物修復需要 60000~100000美元，利用傳統修復方法成本高達 400 000 美元[9].在歐洲也有同樣的結果，每修復 1 t 土，化學修復的成本為 12~600 英鎊，物理修復為 20~170 英鎊，固化為 17~171 英鎊，加熱為 30~750 英鎊，生物修復為 5~170英鎊[10].總之，傳統修復技術不僅成本高、過程復雜，設備和技術要求高，還容易造成二次污染。
2植物修復
植物修復就是利用綠色植物的光合作用對土壤污染物進行吸收、吸附、轉移、轉化等，把污染物從土壤中去除，達到修復土壤的目的。植物修復是一類技術的總稱。除去污染物的途徑包括：
（1）根部過濾。通過耐性植物根系對有機污染物、重金屬以及放射性核素予以吸收并保持在根部。
（2）植物萃取。重金屬或有機污染物經植物直接吸收后，繼而轉到地上部。
（3）植物降解。植物對有機污染物進行吸收后，在其體內進行降解，或者植物促進微生物在根際土壤中對其進行分解。
（4）植物揮發。在植物和微生物土壤系統中，經特定的酶將化學污染物轉化降解，最終使之飛散。
此外，還有 2 個過程可以使污染得以遏制、固定：一是植物固定化作用，就是利用植物防止溶解態化學污染物的遷移和擴散，以降低這些污染物在土壤中的流動性；二是植物穩定化作用，即利用耐性植物將土壤污染物穩定在污染土壤中，以防止污染物在土壤中擴散，或經空氣進入其他生態系統中，由植物吸收引起的快速土壤蒸散，也可使化學污染物的淋溶減慢[5,11].
表 2 總結了植物修復技術在不同土壤污染情況下的應用，表 3 列舉了植物修復技術針對不同污染物修復與治理的研究和應用情況[12].
3超富集植物
在植物萃取修復中，超富集植物對重金屬的富集是主要作用。Brooks 于 1977 年提出了超富集植物的概念。所謂超富集植物是指能從土壤中超量富集重金屬并能轉移到地上部的植物，吸收量要超過一般植物的 100 倍以上且不影響正常生理活動。1983 年，Chaney 提出了利用超富集植物修復重金屬污染土壤的思想，將某種特定的植物種植在重金屬污染的土壤上，而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后可將重金屬移出土體，達到治理污染與恢復生態的目的[13].
1989 年 Baker 重新定義了超積累植物，即植物能富集大于 l 000 mg/kg 的 Cu、Co、Ni、Pb,或是大于 l0 000 mg/kg的 Mn 或 Zn,且地上部分重金屬含量大于地下部分的本地植物就稱為超積累植物[14].
迄今發現的超富集植物分布于約 50 個科，但絕大多數屬于 Ni 超富集植物，達 329 種；Cu 超富集植物 37 種，Co 超富集植物 29 種，Zn 超富集植物 21 種，Se 超富集植物 20 種，Pb 超富集植物 17 種，Mn 超富集植物 13 種，As 超富集植物 5 種，Cd 超富集植物 3 種，Cr 超富集植物 2 種，Sb 超富集植物 2 種，Tl 超富集植物 2 種，稀土元素超富集植物 1 種[15-17].根據超富集植物對重金屬的富集能力可分為高富集能力（如十字花科、藜科、茄科、菊科）、中富集能力（如禾本科、百合科、葫蘆科）和低富集能力（如豆科植物）3 種[18].
吳大付等院污染土壤的植物修復第2期以富集的重金屬類別劃分，富集 Ni 的植物最多，達到了 329 種，且主要集中在十字花科、大戟科、菊科、大風子科、黃楊科、茜草科等科（見表 4）[14,16,19-20].
4提高修復能力的對策
4.1調節環境因子，促進修復植物的生長
除植物種類外，凡是涉及到植物生長的因素都能影響到植物的修復能力。因此，應盡量創造修復植物生長的適宜條件，促進植物的生長，加大對污染物的吸收。土壤中有機質和礦質營養的多寡，也會極大地影響到重金屬的富集。土壤中有機質含量增加，提高了土壤對陽離子的固定率，減少了植物對重金屬的吸收。
4.2農藝措施
4.2.1 施肥 植物營養元素，特別是氮磷鉀等大量營養元素，通過有機肥的施用或化肥的施用，提高植物的生長量，在一定程度上可以增加污染物的吸收量；在化肥施用過程中，還要注意肥料品種對植物修復效果的影響。施肥可以影響超富集植物對重金屬的積累。適量施用氮肥可顯著地提高植物的生物學產量，而不會降低植物從環境中吸收和積累重金屬的量。Robinson 等的研究結果表明，施用氮肥可以使超富集植物A lyssum bertolonii的生物量提高 2 倍，而不會降低其地上部的 Ni 含量[21].Kulli 等的研究表明，施入尿素可使萵苣、黑麥草對 Cu、Cd 和 Zn 的累積量比對照顯著升高[22].但氮肥施用量過高會對植物的重金屬富集產生“稀釋作用”,有可能使累積量降低[23].施用磷肥對超富集植物也有一定的影響。廖曉勇等田間試驗表明，適量施用磷肥可明顯促進蜈蚣草的生長，提高 As 累積量[24];而過量施磷不僅不會進一步提高蜈蚣草產量，反而有降低 As 累積量的趨勢[25].氮肥形態不同，也會影響到玉米對重金屬的吸收[26].
4.2.2 灌溉與中耕 根據污染土壤上所種植物對水分的需求，定期和不定期進行灌溉，可以造成土壤環境的干濕交替，使污染物進行氧化還原形態相互轉變，特別是對于重金屬污染的土壤，重金屬在土壤中可以存在數千年而不降解，但是能夠進行氧化態、還原態和有機態之間的相互轉化。在降水過多的情況下，不僅要排水，還需要進行中耕，同樣可以創造氧化還原條件，促進植物對污染物的吸收和轉化。
4.2.3 間套作 在農業生產上，農作物之間間作套種技術的應用十分普遍。在受污染的土壤上，采用該技術，利用不同植物進行間套作，形成特色的植物生態系統，可促進對污染物的吸收，加速對污染物的清除。
劉海軍等利用玉米與馬唐間作系統，促進了玉米根部對 Cd 的吸收，而籽粒中 Cd 的量反而有所降低[23].黑亮等利用東南景天和玉米套種系統進行的研究結果表明，在套種條件下，玉米能夠促進東南景天對重金屬 Cd、Zn 的吸收，原因在于玉米根系降低溶液 pH 和提高 DOC 以及 Zn/Cd 值，從而可向超富集植物東南景天一側輸送更多的水溶態 Zn、Cd[25].
4.3環保育種
為解決超富集植物生長慢、生物學產量低、收割不能實行機械化等問題，利用現有的育種技術對這些超富集植物進行改良[27].因現在發現的超富集植物一般都是野生的，遠緣雜交的親和力可能較弱，甚至出現不親和性。為了克服這一難關，就要利用現代生物技術，進行轉基因，以加快人工選育超富集植物的步伐[28].不同品種的玉米、小麥、大麥、大豆、花生、向日葵等作物對重金屬的吸收存在顯著差異，這些都為育種提供了豐富的種質資源[29].將超富集植物和生物量大、生長迅速的植物特別是農作物進行雜交，培育出具有兩者優勢的人工超富集植物，不僅能夠提高生物量，大幅度地增加這些超富集植物吸收重金屬的量，加快污染環境治理與修復的速度，也為超富集植物修復步入商業化創造了物質基礎。
4.4利用超富集植物與非超富集集植物組建復合生態系統
因土壤一般都是復合污染，單單利用一種植物進行修復效率往往比較低。Baker 等在田間試驗條件下比較了超富集植物T.caeulescens和非超富集植物蘿卜對 Zn、Cd 污染的清除效果，結果表明，超富集植物對 Zn 的富集能力是蘿卜的 150 倍，對 Cd的富集能力是蘿卜的 10 倍，每年能吸收土壤中 Zn 的量為30 kg/hm2,而蘿卜只能清除 1%的量[4].因超富集植物的生物學產量低，需要 13~14 a 連續栽培，才能將試驗田的重金屬含量修復到歐共體規定的臨界標準。而印度芥菜雖不是超富集 Zn 植物，但是生物學產量是超富集植物的 20 倍，在植物修復上有潛在優勢[15].
可以充分利用超富集植物與非超富集植物組建復合生態系統，形成合力，加快對污染土壤的修復。一方面充分利用植物對污染物的耐性、避性和抗性的差異性，另一方面可以充分利用我國培育的現有品種的高產性，應用我國傳統農業技術的精華，使不同植物通過間作套種形成復合生態系統，特別是利用喬木，像楊樹、柳樹、刺槐等樹種與超富集植物或農作物間作套種，形成農林復合系統；超富集植物與農作物間作套種，一年生植物與多年生植物間作套種，淺根系的農作物與深根植物如香根草間套作，可以增加根系的吸收面積，強化修復效果。目前在美國利用雜交楊、柳樹、柳枝稷與甘蔗、桉樹組建農林復合系統[30],不僅凈化了污染的環境，還是比較好的生物質能來源，在一定程度上緩解了生物能作物與糧食作物爭地的矛盾。
