Research Progress of Phytoremediation of Farmland with Excessive Heavy Metals

doi:10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2021-0100

Abstract

Abstract:

This paper briefly analyzed the characteristics of the control technologies of heavy metal pollution in farmland in southern China. 40 species of hyperaccumulators for cadmium, arsenic, copper and lead in China were collected, classified and summarized. Based on the existing heavy metal hyperaccumulators in China, the selection and cultivation direction of remediation plants in farmland with excessive heavy metals in southern China were discussed. Suggestions for the application of hyperaccumulators in the remediation of farmland with heavy metal cadmium, arsenic, copper and lead pollution were put forward.

Key words: southern China, farmland, excessive heavy metals, phytoremediation, hyperaccumulators

CLC Number:

NIE Xiongfeng, HUANG Yanfei, CHEN Guifen, HUANG Yuyi, LIU Bin, LIU Yongxian. Research Progress of Phytoremediation of Farmland with Excessive Heavy Metals[J]. Journal of Agriculture, 2022, 12(8): 48-54.

Figures/Tables 4

References 58

[1]	AWA S H, HADIBARATA T. Removal of heavy metals in contaminated soil by phytoremediation mechanism: A review[J]. Water air soil pollut 231, 47(2020). https://doi.org/10.1007/s11270-020-4426-0.
[2]	环境保护部, 国土资源部. 全国土壤污染状况调查公报[R]. 北京: 环境保护部,国土资源部, 2014.
[3]	李中阳, 齐学斌, 樊向阳, 等. 不同钝化材料对污灌农田镉污染土壤修复效果研究[J]. 灌溉排水学报, 2016, 35(3):42-44.
[4]	陈春乐, 杨婷, 邹县梅, 等. 可生物降解螯合剂亚氨基二琥珀酸和谷氨酸N,N-二乙酸对重金属污染土壤的淋洗修复及动力学特征[J]. 生态与农村环境学报, 2021, 37(3):394-401.
[5]	贾存珍, 柳修楚, 柴超, 等. 化学氧化修复对农田土壤和菠菜中多环芳烃含量和组成的影响[J]. 环境化学, 2019, 38(7):1518-1527.
[6]	MU'AZU, NUHU D, HALADU, et al. Polyaspartate extraction of cadmium ions from contaminated soil: Evaluation and optimization using central composite design[J]. Journal of hazardous materials, 2018, 342 (jan.15):58-68 doi: 10.1016/j.jhazmat.2017.08.013 URL
[7]	刘丽杰, 刘凯, 孙玉婷, 等. 车前草对重金属铜和镍的积累及生理响应[J]. 甘肃农业大学学报, 2020, 55(5):171-179.
[8]	张冰, 刘杰, 蒋萍萍, 等. 巨大芽孢杆菌与柠檬酸联合强化青葙修复镉污染土壤研究[J]. 农业环境科学学报, 2021, 40(3):552-561.
[9]	毛红云, 孜比布拉·司马义, 杨胜天, 等. 农田土壤重金属的污染特征研究[J]. 江苏农业科学, 2020, 48(9):292-297.
[10]	李晓晓, 韩瑞芳, 陈倩倩, 等. 土壤重金属迁移转化领域研究的文献计量分析[J]. 土壤通报, 2020, 51(3):733-740.
[11]	ROGER D R, ALAN J M B, TANGUY J, et al. A global database for plants that hyperaccumulate metal and metalloid trace elements[J]. New phytologist, 2018, 218(2).
[12]	NING Y L, QING L F, PING Z, et al. Effect of fertilizers on Cd uptake of amaranthus hypochondriacus, a High Biomass, fast growing and easily cultivated potential Cd Hyperaccumulator[J]. International journal of phytoremediation, 2012, 14(2).
[13]	李凝玉, 李志安, 庄萍. 施肥对两种苋菜吸收积累镉的影响[J]. 生态学报, 2012, 32(18):5937-5942.
[14]	李玲, 陈进红, 何秋伶. 3个陆地棉种质(系)重金属镉的积累、转运和富集特性分析[J]. 棉花学报, 2012, 24(6):535-540.
[15]	WU M X, LUO Q, LIU S L. Screening ornamental plants to identify potential Cd hyperaccumulators for bioremediation.[J]. Ecotoxicology and environmental safety, 2018, 162.
[16]	魏树和, 周启星, 王新. 18种杂草对重金属的超积累特性研究[J]. 应用基础与工程科学学报, 2003(2):152-160.
[17]	叶海波, 杨肖娥, 何冰, 等. 东南景天对锌、镉复合污染的反应及其对锌、镉的吸收和积累特性(英文)[J]. Acta botanica sinica, 2003(9):1030-1036..
[18]	李娜, 吴龙华, 骆永明. 收获方式对污染土壤上伴矿景天锌镉吸收性的影响[J]. 土壤学报, 2009, 46(4):725-728.
[19]	苏徳纯, 黄焕忠. 油菜作为超累积植物修复镉污染土壤的潜力[J]. 中国环境科学, 2002(1):49-52.
[20]	汤叶涛, 仇荣亮, 曾晓雯, 等. 一种新的多金属超富集植物——圆锥南芥(Arabis paniculata L.)[J]. 中山大学学报:自然科学版, 2005(4):135-136.
[21]	魏树和, 周启星, 任丽萍. 球果蔊菜对重金属的超富集特征[J]. 自然科学进展, 2008(04):406-412.
[22]	YE T T, RONG L Q, XIAO W Z, et al. Zn and Cd hyperaccumulating characteristics of Picris divaricata Vant.[J]. Int. J. of environment and pollution, 2009, 38(1/2).
[23]	YU B H, PENG Y J, XU J R, et al. Phytoremediation potential of Youngia japonica (L.) DC: A newly discovered cadmium hyperaccumulator[J]. Environmental science and pollution research, 2020, 28(5).
[24]	LIN L J, NING B, LIAO M A, et al. Youngia erythrocarpa, a newly discovered cadmium hyperaccumulator plant[J]. Environmental monitoring and assessment, 2015, 187(1).
[25]	SHI R Z, HAI C L, LIANG J D. et al. Cadmium tolerance and accumulation characteristics of Siegesbeckia orientalis L.[J]. Ecological engineering, 2013, 51.
[26]	ZHONG L S, LIN L J, LIAO M A, et al. Phytoremediation potential of Pterocypsela laciniata as a cadmium hyperaccumulator[J]. Environmental science and pollution research international, 2019, 26(13).
[27]	孙约兵, 周启星, 王林, 等. 三叶鬼针草幼苗对镉污染的耐性及其吸收积累特征研究[J]. 环境科学, 2009, 30(10):3028-3035.
[28]	P TANHAN, M KRUATRACHUE, P POKETHITIYOOK, et al. Uptake and accumulation of cadmium, lead and zinc by Siam weed [ Chromolaena odorata (L.) King & Robinson][J]. Chemosphere, 2006, 68(2).
[29]	聂发辉. 镉超富集植物商陆及其富集效应[J]. 生态环境, 2006(2):303-306.
[30]	李硕, 刘云国, 李永丽, 等. 水葱修复土壤镉污染潜力的研究[J]. 环境污染与防治, 2006(2):84-86.
[31]	赵景龙, 张帆, 万雪琴, 等. 早开堇菜对镉污染的耐性及其富集特征[J]. 草业科学, 2016, 33(1):54-60.
[32]	刘威, 束文圣, 蓝崇钰. 宝山堇菜(Viola baoshanensis)—一种新的镉超富集植物[J]. 科学通报, 2003(19):2046-2049.
[33]	LIU K, ZHOU Z, YU F, et al. A newly found cadmium hyperaccumulator - Centella asiatica Linn. 2016.
[34]	周杰良, 葛大兵, 李树战, 等. 藤本植物中具镉超积累特征植物的筛选[J]. 林业科学研究, 2016, 29(4):515-520.
[35]	HAN G, JI W J, JING Q G, et al. Evaluation of cadmium hyperaccumulation and tolerance potential of Myriophyllum aquaticum[J]. Ecotoxicology and environmental safety, 2020, 195.
[36]	兰心宇, 王军军, 阎蕴运, 等. 水生植物有翅星蕨(Microsorum pteropus)对镉的超富集能力及抗性生理研究[J]. 中国科学:生命科学, 2017, 47(10):1113-1123.
[37]	陈同斌, 韦朝阳, 黄泽春, 等. 砷超富集植物蜈蚣草及其对砷的富集特征[J]. 科学通报, 2002(3):207-210.
[38]	韦朝阳, 陈同斌, 黄泽春, 等. 大叶井口边草——一种新发现的富集砷的植物[J]. 生态学报, 2002(5):777-778.
[39]	MRITTUNJAI S, LENA Q. Ma, JORGE A G S. Three new arsenic hyperaccumulating ferns[J]. Science of the total environment, 2005, 364(1).
[40]	WEI B D, ZHI A L, BI Z, et al. Pteris multifida Poir, a new arsenic hyperaccumulator: characteristics and potential[J]. Int. J. of environment and pollution, 2005, 23(4).
[41]	H B W, M H W, C Y L, et al. Uptake and accumulation of arsenic by 11 Pteris taxa from southern China[J]. Environmental pollution, 2006, 145(1).
[42]	P V, K F, W S. The potential of Thai indigenous plant species for the phytoremediation of arsenic contaminated land[J]. Environmental pollution, 2002, 118(3).
[43]	祖元刚, 张晓楠, 任之光, 等. 入侵植物假苍耳对土壤中铜、铅重金属污染的富集特征[J]. 植物研究, 2010, 30(5):612-616.
[44]	张静言. 铜超富集植物的初步筛选研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2014.
[45]	冯海峰. 大聚藻(Myriophyllum aquaticum)铜锌富集特性及生理机制初探[D]. 雅安: 四川农业大学, 2013.
[46]	杨远祥. 小鳞苔草(Carex gentiles Franch.)铅锌富集特性及生理机制初步研究[D]. 雅安: 四川农业大学, 2007.
[47]	赵磊. 白音诺尔铅锌矿铅超富集植物筛选及其耐性研究[D]. 呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2009.
[48]	李翠兰, 邵泽强, 王玉军, 等. 水培条件下几种观赏植物对铅的富集特征[J]. 东北林业大学学报, 2011, 39(01):49-51.
[49]	仲崇府. 垫状卷柏(Selaginella pulvinata Maxim)对铅锌的富集特性研究[D]. 雅安: 四川农业大学, 2013.
[50]	魏树和, 周启星, 王新, 等. 杂草中具重金属超积累特征植物的筛选[J]. 自然科学进展, 2003(12):29-35.
[51]	魏树和, 周启星, 王新. 超积累植物龙葵及其对镉的富集特征[J]. 环境科学, 2005(3):167-171.
[52]	朱光旭, 黄道友, 朱奇宏, 等. 苎麻镉耐受性及其修复镉污染土壤潜力研究[J]. 农业现代化研究, 2009, 30(6):752-755.
[53]	张晗芝, 郭庆军, 杨俊兴, 等. 不同品种蓖麻对镉的响应及修复能力评价[J]. 生态环境学报, 2016, 25(3):531-538.
[54]	周启武, 杨国琴, 张国昌, 等. 入侵植物紫茎泽兰对其根际重金属的富集作用研究[J]. 安徽农业科学, 2020, 48(24):87-90,93.
[55]	谢学锦, 徐邦樑. 铜矿指示植物海州香薷[J]. 地质学报, 1952(04):360-368.
[56]	廖斌, 邓冬梅, 杨兵, 等. 鸭跖草(Commelina communis)对铜的耐性和积累研究[J]. 环境科学学报, 2003(6):797-801.
[57]	刘丽杰, 王玥, 金忠民, 等. 车前草对重金属Cd²⁺的积累及生理响应[J]. 黑龙江畜牧兽医, 2016(15):15-19.
[58]	张斌才. 不同蜈蚣草种群(Pteris Vittata L.)砷富集能力及其生理机制研究[D]. 呼和浩特: 内蒙古大学, 2005.

科	种	学名	植物特征	地上部含镉浓度/ (mg/kg)	富集系数	转运系数	文献来源
苋科	千穗谷	Amaranthus hypochondriacus L.	一年生草本高20~80 cm	179.1	29.7	1.8	[12]
苋科	繁穗苋	Amaranthus Paniculatus L..	一年生草本高20~80 cm	225.0	40.4	2.4	[13]
锦葵科	陆地棉	Gossypium hirsutum Linn.	一年生草本高0.6~1.5 m	22.1	2.3	9.2	[14]
锦葵科	圆叶锦葵	Malva rotundifolia Linn.	多年生草本高25~50 cm	219.2	1.6	7.37	[15]
茄科	龙葵	Solanum nigrum L.	一年生直立草本高25~100 cm	1.4	3.5	2.0	[16]
景天科	东南景天	Sedum alfredii	多年生草本高10~20 cm	9949.2	518.2	3.4	[17]
景天科	伴矿景天	Sedum plumbizincicola	多年生肉质草本高35 cm	424.0	27.7	—	[18]
十字花科	芸苔	Brassica campestris L.	二年生草本高30~90 cm	132.2	26.4	11.4	[19]
	圆锥南芥	Arabis paniculata	二年生草本高30~60 cm	3359.0	112.0	2.2	[20]
	风花菜	Rorippa globosa	一或二年生直立粗壮草本高20~80 cm	104.5	4.2	1.8	[21]
菊科	滇苦菜	Picris divaricata	二年生草本高15~40 cm	280.0	2.4	3.1	[22]
	黄鹌菜	Youngia japonica	一年生草本高10~100 cm	107.7	3.6	1.2	[23]
	红果黄鹌菜	Youngia erythrocarpa	一年生草本高50~100 cm	119.3	4.8	2.0	[24]
	豨莶	Siegesbeckia pubescens Makino	一年生草本高30~100 cm	117.4	4.2	1.5	[25]
	狼杷草	Bidens tripartita L.	一年生草本高20~150 cm	1.97	4.73	1.1	[16]
	多裂翅果菊	Pterocypsela laciniata	多年生草本高0.6~2 m	14.3	2.9	1.9	[26]
	鬼针草	Bidens pilosa L.	一年生草本高30~100 cm	38.6	4.8	1.5	[27]
	飞机草	Chromolaena odorata	多年生草本高1~3 m	102.3	204.6	0.07	[28]
商陆科	商陆	Phytolacca acinosa	多年生草本高0.5~1.5 m	123.7	24.8	3.0	[29]
莎草科	水葱	Scirpus validus	多年生宿根挺水草本植物高1~2 m	176.4	35.3	1.2	[30]
堇菜科	早开堇菜	Viola prionantha Bunge	多年生草本无地上茎	85.8	85.8	1.2	[31]
堇菜科	亮毛堇菜	Viola lucens	低矮小草本高5~7 cm	1038.0	5.22	1.26	[32]
伞形科	积雪草	Centella asiatica	多年生草本茎匍匐	187.5	187.5	0.96	[33]
夹竹桃科	蔓长春花	Vinca major L.	蔓性半灌木茎偃卧花茎直立	131.7	13.2	2.11	[34]
小二仙草科	粉绿狐尾藻	Myriophyllum aquaticum	多年生粗壮沉水草本	5786.7	578.6	—	[35]
水龙骨科	有翅星蕨	Microsorum pteropus	沉水植物高15~30 cm	166.0	166.0	—	[36]

科	种	学名	植物特征	地上部含镉浓度/ (mg/kg)	富集系数	转运系数	文献来源
苋科	千穗谷	Amaranthus hypochondriacus L.	一年生草本高20~80 cm	179.1	29.7	1.8	[12]
苋科	繁穗苋	Amaranthus Paniculatus L..	一年生草本高20~80 cm	225.0	40.4	2.4	[13]
锦葵科	陆地棉	Gossypium hirsutum Linn.	一年生草本高0.6~1.5 m	22.1	2.3	9.2	[14]
锦葵科	圆叶锦葵	Malva rotundifolia Linn.	多年生草本高25~50 cm	219.2	1.6	7.37	[15]
茄科	龙葵	Solanum nigrum L.	一年生直立草本高25~100 cm	1.4	3.5	2.0	[16]
景天科	东南景天	Sedum alfredii	多年生草本高10~20 cm	9949.2	518.2	3.4	[17]
景天科	伴矿景天	Sedum plumbizincicola	多年生肉质草本高35 cm	424.0	27.7	—	[18]
十字花科	芸苔	Brassica campestris L.	二年生草本高30~90 cm	132.2	26.4	11.4	[19]
	圆锥南芥	Arabis paniculata	二年生草本高30~60 cm	3359.0	112.0	2.2	[20]
	风花菜	Rorippa globosa	一或二年生直立粗壮草本高20~80 cm	104.5	4.2	1.8	[21]
菊科	滇苦菜	Picris divaricata	二年生草本高15~40 cm	280.0	2.4	3.1	[22]
	黄鹌菜	Youngia japonica	一年生草本高10~100 cm	107.7	3.6	1.2	[23]
	红果黄鹌菜	Youngia erythrocarpa	一年生草本高50~100 cm	119.3	4.8	2.0	[24]
	豨莶	Siegesbeckia pubescens Makino	一年生草本高30~100 cm	117.4	4.2	1.5	[25]
	狼杷草	Bidens tripartita L.	一年生草本高20~150 cm	1.97	4.73	1.1	[16]
	多裂翅果菊	Pterocypsela laciniata	多年生草本高0.6~2 m	14.3	2.9	1.9	[26]
	鬼针草	Bidens pilosa L.	一年生草本高30~100 cm	38.6	4.8	1.5	[27]
	飞机草	Chromolaena odorata	多年生草本高1~3 m	102.3	204.6	0.07	[28]
商陆科	商陆	Phytolacca acinosa	多年生草本高0.5~1.5 m	123.7	24.8	3.0	[29]
莎草科	水葱	Scirpus validus	多年生宿根挺水草本植物高1~2 m	176.4	35.3	1.2	[30]
堇菜科	早开堇菜	Viola prionantha Bunge	多年生草本无地上茎	85.8	85.8	1.2	[31]
堇菜科	亮毛堇菜	Viola lucens	低矮小草本高5~7 cm	1038.0	5.22	1.26	[32]
伞形科	积雪草	Centella asiatica	多年生草本茎匍匐	187.5	187.5	0.96	[33]
夹竹桃科	蔓长春花	Vinca major L.	蔓性半灌木茎偃卧花茎直立	131.7	13.2	2.11	[34]
小二仙草科	粉绿狐尾藻	Myriophyllum aquaticum	多年生粗壮沉水草本	5786.7	578.6	—	[35]
水龙骨科	有翅星蕨	Microsorum pteropus	沉水植物高15~30 cm	166.0	166.0	—	[36]

科	种	学名	植物特征	地上部含砷浓度/(mg/kg)	富集系数	转运系数	文献来源
凤尾蕨科	蜈蚣草	Pteris vittata L.	原变型高30~100 cm	1110.0	1.8	—	[37]
	凤尾蕨	Pteris cretica L.	高50~70 cm	258.0	6.6	1.4	[38]
	狭眼凤尾蕨	Pteris biaurita	高70~110 cm	>2000.0	>200.0	>10.7	[39]
	傅氏凤尾蕨	Pteris fauriei	高50~90 cm	>2600.0	>260.0	>7.7	[39]
	井栏边草	Pteris multifida Poir.	高30~45 cm	1010.0	1.7	2.5	[40]
	紫轴凤尾蕨	Pteris aspericaulis	高1~1.5 m	2385.0	47.7	12.7	[41]
	斜羽凤尾蕨	Pteris oshimensis	高50~80 cm	1340.0	6.7	5.6	[41]
裸子蕨科	粉叶蕨	Pityrogramme calomelanos	高25~90 cm	8350.0	4.4	—	[42]

科	种	学名	植物特征	地上部含砷浓度/(mg/kg)	富集系数	转运系数	文献来源
凤尾蕨科	蜈蚣草	Pteris vittata L.	原变型高30~100 cm	1110.0	1.8	—	[37]
	凤尾蕨	Pteris cretica L.	高50~70 cm	258.0	6.6	1.4	[38]
	狭眼凤尾蕨	Pteris biaurita	高70~110 cm	>2000.0	>200.0	>10.7	[39]
	傅氏凤尾蕨	Pteris fauriei	高50~90 cm	>2600.0	>260.0	>7.7	[39]
	井栏边草	Pteris multifida Poir.	高30~45 cm	1010.0	1.7	2.5	[40]
	紫轴凤尾蕨	Pteris aspericaulis	高1~1.5 m	2385.0	47.7	12.7	[41]
	斜羽凤尾蕨	Pteris oshimensis	高50~80 cm	1340.0	6.7	5.6	[41]
裸子蕨科	粉叶蕨	Pityrogramme calomelanos	高25~90 cm	8350.0	4.4	—	[42]

科	种	学名	植物特征	地上部含铜浓度/(mg/kg)	富集系数	转运系数	文献来源
菊科	假苍耳	Cyclachaena xanthiifolia	一年生草本高0.5~2 m	102.2	49.2	3.9	[43]
蓼科	虎杖	Reynoutria japonica Houtt.	多年生草本高1~2 m	1522.9	1.5	1.8	[44]
小二仙草科	粉绿狐尾藻	Myriophyllum aquaticum	多年生粗壮沉水草本	964.0	2.4	1.5	[45]