大气污染与植物修复

大气污染与植物修复（精选十篇）

大气污染与植物修复 篇1

关键词：大气污染,污染现状,植物修复

1 引言

大气污染的现象是会严重影响人类环境及人体健康的, 大气污染的问题需要人类共同关注, 通过合理有效的方法去减少改善大气污染。在工业化快速发展的情况下、在城市广泛化的情况下、在现代科技不断更新的情况下, 大气污染已成为不容忽视的重要问题。大气中的污染物是颗粒与气态的混合, 是严重性的复合型污染, 已严重影响了生态系统的平衡以及人类的身体健康。因此, 控制改善治理大气污染的现象是人类所迫切需要的, 也是维持社会各方面可持续发展的重要因素。

2 大气污染与植物修复的现状

植物修复是可以有效地改善大气污染, 其主要是通过植物来吸附吸收大气污染物, 再通过转化同化降解大气污染物。在实际中利用植物修复改善大气污染的可以在公路边种植花草树木, 在工厂边种植绿化, 这些植物的种植不仅可以美化环境, 同时还可以改善减轻污染。植物修复是利用植物的叶茎来吸收吸附大气污染物, 再通过根系来进行降解转化大气污染物。大气污染与植物修复是现如今研究的重要课题, 这一课题的研究是植物分子机理的揭示, 是植物修复对大气污染研究方面的突破。植物修复与大气污染原理的应用可以提升环境污染修复领域, 可以帮助大气污染得到有效改善。

3 大气污染的类型和植物修复

近地面的大气污染主要包括物理性大气污染、生物性大气污染和化学性大气污染等。现在的大气污染主要是多种大气污染物混合或者复合形成的, 并且污染物具有长时间、长距离的迁徙能力和干湿沉降特征等。植物由于其特殊的生态构造可以对大气中的不同高空的污染物进行清除, 达到对空气污染的修复作用和净化作用。

3.1 物理性大气污染的植物修护

粉尘污染属于物理性大气污染, 而绿色植物对于低空的粉尘具有有效的控制作用, 通常称这种现象为滞尘。由于滞尘量与植物的种类、种植密度、生长情况以及气候条件等都有密切的关系, 所以在采用植物修复大气的时候需要保证植物的总叶面积大、叶面有很多绒毛且较为粗糙、能够分泌出油性的物质等, 帮助防尘区防尘林的有效建立。这些植物主要包括核桃树、板栗树、侧柏等。

3.2 生物性大气污染的植物修护

空气中含有多种生物菌, 这些微生物包括芽孢杆菌类、无色杆菌类、一些防线菌、酵母菌和真菌等。同时在空气中含有一些致病的微生物, 这些病菌和真菌属于大气污染的生物污染。生物污染的病原体能够附着在空气的尘埃和飞沫上再随着空气的流通进行传播, 绿色植物具有滞尘的作用, 能够在植物附着尘埃后减少病原体在空气中的流通, 减少传播的可能性。同时绿色植物会分泌具有杀菌作用的物质, 及时减少病菌, 因此植物对生物性的大气污染有有效的控制作用和修复大气功能。

3.3 化学性大气污染的植物修复

大气环境中有多种有毒害的化学污染物, 这称为化学性大气污染, 化学污染也是现在空气污染的主要污染源。植物可以及时检测大气的化学性污染, 吸收大气中的毒害物质。最简单的是植物通过光合作用对空气进行净化, 吸收毒害物质。植物有多种途径修复化学的大气污染, 修复机理和影响因素介绍如下。

3.3.1 植物的吸收修复

用植物进行大气的污染修复是利用植物的吸附和吸收作用, 这个过程主要是控制和去除, 控制尘埃, 去除毒害物质。植物对于空气的污染的处理主要是通过植物叶表面的气孔进行呼吸作用时, 将空气中的尘埃和毒害物质进行吸附和处理。但吸附是一个物理处理过程, 因此对植物的叶表面具有较高的要求。通过实验证明植物亲脂性的有机污染物能够被植物叶面所吸附, 因此说明亲脂性的有机物污染的清除靠植物处理是最有效的, 吸附是大气污染清除的第一步。

3.3.2 植物的降解和转化修复

植物能够通过自身的代谢降解污染物或者通过自身产生的物质酶进行污染物的分解。植物修复在修复期间需要不停释放出降解菌, 因此造成植物的本体负担增大, 降低或者减少滞尘和分解毒害物质, 对这个问题的解决方法是通过转基因技术, 让植物的降解污染的作用得到高效的表达。植物的转化是指植物在吸收污染物后通过自身的生理过程将污染物转化成另一种形态, 但是转化与降解是不同的, 植物对污染物的转化不能保证其转化结果是无害的, 而降解是将有毒害的物质降解成可利用或者不危害环境及人身安全的物质, 因此植物的转化研究的主要目的是控制植物对毒害污染物的转化结果, 这是有利于环境保护的。

4 大气污染的植物修复限制

利用植物进行大气污染的修复是一个涉及到各方面环境的问题, 植物能否有效地对大气污染进行修复受到很多的限制, 这些限制主要是包括植物自身、气候环境、土壤的污染情况以及人们的环境修复意识等。植物只有在生命活动旺盛时, 才能保证对污染大气的修复质量, 所以一切影响植物生命活动的因素都成为了大气污染植物修复的限制性因素;同时植物在不同的气候、生长环境和土壤条件下对大气污染修复的情况也是不同的, 这也是限制因素之一。要使用植物进行大气修复, 需要首先解决植物修复的限制性问题。

5 结语

随着工业、科技的不断发展, 现代环境遭到了严重的破坏, 需要人们解决现在的环境、大气污染问题。人们通过利用植物资源可以有效地修复土地、水源和大气, 改善现在的环境问题。实现自然资源的可持续化利用, 保证经济建设和环境保护不断发展。

参考文献

[1]张帅, 苏应辉, 谯四红.大气污染的植物修复研究进展[J].湖北林业科技, 2010 (6) :32~35, 43.

[2]赵磊.大气NO2污染下园林植物的光谱特征及光合特性研究[D].武汉:华中农业大学, 2013.

[3]张波, 赵曜.矿山废弃地治理中植物修复作用的研究[J].山西建筑, 2011 (2) :189~190.

[4]宋恒, 杨猛, 徐恒戬.关于我国淡水富营养水体修复植物研究的分析[J].黑龙江农业科学, 2014 (12) :107~110, 140.

大气污染与植物修复 篇2

污染土壤植物修复中螯合诱导和转基因技术的应用现状与前景

近年来,螯合诱导技术和转基因技术作为强化植物吸收重金属的两种技术备受关注.文中系统地介绍了植物对重金属的解毒机理、植物的`基因改良以及螯合诱导技术和转基因技术在提高植物修复能力中的应用等有关内容,最后探讨了螯合诱导技术和转基因技术的发展方向,认为这两项技术不失为大有潜力的土壤重金属污染修复技术,具有着广阔的应用前景.

作 者：王红旗 陆泗进 陈延君 WANG Hong-qi LU Si-jin CHEN Yan-jun 作者单位：北京师范大学,环境学院,北京100875刊 名：地学前缘 ISTIC PKU英文刊名：EARTH SCIENCE FRONTIERS年，卷(期)：200512(z1)分类号：X53关键词：植物修复 螯合诱导技术 转基因技术 重金属

大气污染与植物修复 篇3

关键词：玉米；大豆；砷；植物修复

引言

随着矿业的迅速发展，矿区乃至矿业城市周边土壤重金属污染问题已成为环境污染的热点问题之一[1]。砷作为非金属，其毒性及某些性质却与重金属相似，因此被列入重金属污染物范围。砷的毒性和致畸、致癌、致突变性质，已引起人们的日益关注，同时威胁着人类健康、农业及生态可持续性发展[3]。本文通过添加络合剂的盆栽玉米和大豆实验对矿区土壤中的砷元素进行吸收、抽提，试图寻找到一种对砷具有良好富集能力的植物。

1.材料与方法

1.1实验材料

实验土样取自辽宁省某矿业公司主导风向下风向垂直距离约1km处的菜地，以往监测结果表明该地土壤环境中砷含量超标。实验植物选取当地主要农作物玉米和大豆，络合剂选取常见试剂富里酸。

1.2样品栽培

取得土样后，对土壤进行自然风干、捣碎、提出杂物后经过2mm筛，同时测定其基本理化性质及砷含量背景值。在陶瓷盆中装土5kg，共分二组，每组10个，进行平行实验，分别为空白实验和加入络合剂富里酸的实验。

苗木出芽后两周，用富里酸进行灌溉，两周后再浇溉第二次，二个月后浇溉第三次。富里酸浓度系列为20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L，分别标注为富里酸1号、富里酸2号、富里酸3号、富里酸4号。

试验期间定期浇水，保持70%的田间持水量。期间观察并记录农作物苗期的生长状况。

1.3砷的测定

分别采集玉米和大豆植株洗净，自然风干，然后在105℃下杀青0.5小时，70℃烘干称量干重，计算含水量。采取微波消解法消除植株。称取植物约0.3g，加入10ml硝酸，逐步升温进行样品消解。消解后的样品定容到25ml，采用ICP-MS测定。实验结果为3次结果平均值。

2.结果与分析

通过前期实验可知菜地中砷元素背景值为64.8mg/kg，实验测得2种不同植物体内总砷的含量。

2.1玉米植株内砷含量

玉米植株内砷含量在不同实验条件下测得的数据如下表1所示。

实验证明，玉米具有富集土壤中砷元素的能力。土壤中加入富里酸后，当浓度增加到一定量（第4浓度水平）后，玉米中砷含量急剧增加，玉米植株各部位对砷的富集能力是不同的，其含量分布为玉米粒>玉米根>玉米茎>玉米棒>玉米棒叶>玉米叶。其中，玉米粒中富集的砷量最大，这说明在土壤中施加富里酸后，砷的形态发生改变，促进玉米对砷的吸收，增强玉米植株对砷元素的转运运动，从而使玉米粒中不断富集砷。

2.2大豆植株内砷含量

不同实验条件下大豆植株内砷含量的测定数据如下表2所示。

随着络合剂富里酸浓度的增加，大豆植株内砷含量呈现先减后增趋势。大豆各部位对砷的吸收能力也是不同的，其含量分布为大豆豆荚>大豆叶>大豆茎>大豆豆粒>大豆根，砷元素主要富集在大豆豆荚、大豆叶和大豆茎中。其中，大豆叶中砷的富集量增幅最大，说明富里酸增强了大豆根对砷的转运能力，从而使大豆叶中不断富集砷元素。

由实验可知，当地主要农作物玉米和大豆可富集土壤中的砷元素。用于修复砷污染土壤所种植的玉米和大豆，建议放弃其食用价值，送到专门的垃圾处理场进行集中处理。

2.3修复效果预测

对单位质量玉米和大豆富集砷元素的结果进行分析，选取富集砷元素最优情况，按照每亩玉米和大豆的种植密度，核算出玉米富集砷元素量为0.98g/ha，大豆对砷元素的吸附量为52.12g/ha。假设矿山停止生产，周边土壤中砷元素含量不再添加。土壤经过富里酸改性后，每年产出的植物全部运走，不参与下一年的砷循环，可以预测连续种植92年玉米可以使土壤达到国家标准，连续种植2年大豆即可使土壤达到国家标准。

因此，在砷污染严重的矿区土地种植大豆可以有效的去除砷元素，达到净化土壤的目的。

4.结论

在络合剂富里酸的作用下，单位质量玉米对于砷污染严重的矿区土壤修复效果较好。但是由于大豆种植密度较大，每亩大豆对砷污染土壤的净化作用更明显。因此，大豆可作为修复砷污染土壤的超富集植物进行推广。

参考文献：

[1]张溪、周爱国等.金属矿山土壤重金属污染生物修复研究进展[J].环境科学与技术，2010（3）：106-112.

[2]潘志明.砷汞铅镉复合污染土壤的肾蕨植物修复技术研究[D].成都：成都理工大学，2006.

[3]张晓红，陈敏.砷的污染毒性及对人体健康的影响[J].甘肃环境研究与检测，1999（12）：215-217.

镉污染土壤的植物修复探析 篇4

土壤是人类赖以生存的重要元素, 世界面临的资源、粮食和环境问题均和土壤密切相关, 随着20世纪电解工业的发展, 镉的产量大大增加, 而由镉引起的环境问题也逐渐暴露出来, 20世纪60年代在日本浮山县出现的“骨痛病”, 使人们开始逐渐认识到, 土壤中的镉在通过食物链进入人体后会对人体产生极大的危害。据相关调查, 我国的镉污染土壤面积已达1.3万km2, 镉污染的治理, 刻不容缓。传统治理镉污染的方法主要是加固法、客土法、淋洗法等, 不仅适用范围小, 且成本较高, 还可能会对地下水体造成污染。近年来, 植物修复技术的研究不断深入, 其污染小、破坏小、成本低的优势使其成为环境污染治理领域的热点课题。

2 土壤镉污染特征

2.1 镉在土壤中的行为

镉是一种稀有元素, 未污染的土壤中的镉主要来自于土母质, 含量通常为0.01~2m/kg。镉在酸碱度较高, 尤其是碳酸钙含量较多的土壤中, 活性偏低, 不易移动, 而在酸性土壤中的流动性与毒性均大大增强。此外, 土壤的氧化还原电位对镉的活性也有重要的影响, 如土壤被水淹没时, 处于还原状态, 土壤中的铁、锰等离子被还原, 形成硫化镉沉淀, 使得镉活性降低。土壤中镉的存在形态变化对其活性和植物有效性有着明显的影响, 土壤中的镉可分为水溶态、还原态、碳酸盐结合态、残渣态、交换态等, 其中, 可交换态与碳酸盐结合态的比例于植物对镉的吸收具有显著影响。

2.2 土壤镉污染状况

当前, 土壤中的镉主要来自于工业废渣、废气中镉的扩散和沉积, 含镉废水灌溉农田等。我国有11个省市的25个地区存在镉污染。根据农业部的监测, 污灌区土壤的镉污染最为严重, 约占重金属超标面积的60%, 而农产品中镉超标率已达10%以上, 全国各大城市的耕地中均存在不同程度的镉污染。

3 镉污染土壤的植物修复

3.1 超积累镉植物

遏蓝菜 (十字花科遏蓝菜属) 是常见的超积累镉植物, 当前已有许多关于其超积累镉的机理的研究。镉污染土壤植物修复的修复效果主要与植物生长速率、植物地上部金属含量、生物量等有关。遏蓝菜呈莲座状生长, 生物量小, 生长速率较慢, 很多学者认为其不适合用于严重镉污染土壤的修复。印度荠菜是一种生物量大、生长速度快的积累镉植物, 在相同的条件下, 其生物量达遏蓝菜的10倍, 对镉的吸收量和对土壤的净化能力也远远高于遏蓝菜。我国学者在温室栽培后发现, 印度荠菜对镉的吸收随土壤镉处理浓度的增加而增加, 但印度荠菜的生长具有地域性, 在中国的面积很小。

大量研究表明, 十字花科芸薹属的很多植物都具有较强的镉积累的特性, 如在我国广泛种植的油菜, 就是该属植物, 且部分油菜品种在镉累积方面甚至超过了印度荠菜, 如“溪口花籽”。我国土壤镉污染的治理, 最根本的是利用我国众多的油菜种类选择出适合大面积种植的积累镉植物, 并研究其镉积累特征, 为提高土壤修复效率提供理论基础。

3.2 超积累镉植物的修复机理

超积累植物大多对重金属具有非常强的吸收与积累能力, 该能力不但表现在重金属浓度高的环境中, 即使是在重金属浓度偏低的土壤和溶液中, 超积累植物中的重金属含量也可高出普通植物达几十倍, 乃至上百倍。超积累镉植物之所以能大量吸收重金属元素且在浓度高的情况下也不会被毒害, 有赖于其高效的根部吸收、运输与分解能力。

3.2.1 超积累镉植物对镉的吸收

在土壤养分作用下, 植物可改变根系环境, 从而提高养分的有效性。根分泌物的释放与根际酸化是共同作用的两个机制。植物根系分泌出的特殊有机物, 尤其是有机酸, 能螯合重金属, 酸化植物根际, 从而溶解土壤重金属, 增强根系吸收。也有研究成果表明, 根际酸化并非影响植物吸收重金属的主要因素, 根分泌物之所以能够增强植物对重金属的吸收能力, 极可能与重金属的超积累有关。据Robinson等的研究, 遏蓝菜植株内的镉含量与土壤中的有效态镉呈正相关关系, 但与土壤的酸碱度却无明显相关性。根系分泌物对重金属修复具有多途径的影响, 如酶类的还原作用、微生物对活性的增加、有机酸和氢离子的酸化作用等。重金属在土壤中通常以难溶态存在, 只有将其从固态中溶解到溶液中才可以为植物吸收。有学者认为, 燕麦系植物的根系分泌物能够溶解铁氧化物, 从而增强镉的植物有效性。而根据Cieslinski等的研究, 高镉积累量与植物根际土壤中有机酸的含量呈显著正相关性。Yang等人发现, 在镉胁迫下, 超积累植物如黑麦草的根系能够分泌出草酸、柠檬酸、苹果酸3种有机酸, 但其对植物的镉累积并无明显影响。Knight等人则认为遏蓝菜吸收的镉, 只有约一半来自土壤的交换态与水溶态, 这说明镉超积累植物还能吸收难溶态镉, 其原因可能为:在环境的胁迫下, 植物根系能分泌出某种特殊分泌物, 能针对性螯合溶解根系附近的难溶性镉, 增加其生物有效性。我国蒋先军和苏德纯等也发现印度荠菜的根系分泌物能活化土壤中的难溶态镉。也有其他研究发现超积累镉植物遏蓝菜的根系分泌物并不能显著提高土壤中镉的活性, 与镉的超积累无明显关系。

3.2.2 超积累镉植物对镉的运输

有研究认为, 印度荠菜地上部的镉积累主要是通过饱和运输系统进行调节。印度荠菜幼苗细胞中的镉积累也是主要通过饱和运输系统进行调节, 而锌、锰、钙、等则对地上部的镉积累具有竞争性抑制, 但对根系镉的积累则具有非竞争性抑制。Lombi等通过镉跟踪技术认为, 遏蓝菜基因型内有一个高亲和镉的运输系统。

3.2.3 超积累镉植物对镉的螯合与储存

超积累植物体内的有机酸能够有效降低重金属的毒性, 促进重金属运输, 其机制可能为:生物代谢产生的有机酸对重金属具有螯合包被作用, 在超积累植物体内, 镉主要积累于下表体细胞, 其液泡中储藏的镉很可能是其忍耐镉的原因。根据Salt等人的研究, 印度荠菜木质部汁液中的镉, 主要是通过氧键和有机酸结合, 而其叶片中的镉则主要是积累在叶表皮毛中, 从而避免了对叶肉细胞的直接损害, 其叶表皮毛中的镉的含量达正常叶片组织的43倍。

3.2.4 金属结合蛋白的解毒作用

进入超积累植物体内的重金属, 通常在与植物体内的成分发生反应后失去毒性。当重金属元素穿过植物细胞壁和细胞膜进入细胞后, 可与蛋白质、柠檬酸、草酸等形成稳定的螯合物, 降低金属离子的活性, 从而缓和了毒害。重金属结合肽是较为常见的植物络合素, 简称PC。通常, PC在植物体内含量并不高, 但在重金属离子的诱导下, 植物可快速合成PC, 并结合重金属离子, 形成无毒化合物, 从而降低细胞内游离重金属离子的浓度, 减轻其对植物的毒害作用。

3.2.5 植物钝化土壤中的镉的机理

除利用超积累植物进行修复镉污染土壤外, 植物钝化也是一种处理污染的有效方式。植物钝化是指利用植物根系强大的吸收能力与根系表面积去除被污染土壤和水体中的重金属元素, 降低其生物有效性, 或通过某些植物降低土壤中的重金属的毒性, 防止其进入食物链, 从而减轻其对环境的污染与对人类健康的威胁。采用植物钝化处理镉污染土壤, 能有效避免受污染土壤继续被侵蚀, 并可减少土壤渗漏导致的镉污染物的迁移, 使污染物聚集在植物根部。此外, 还可通过种植低转移、低积累植物, 普通植物与高吸收植物并作的方式来做到植物钝化修复。

4 结语

随着环境问题的日益严重, 治理镉污染土壤已经刻不容缓, 我国领土广大, 生物众多, 极可能蕴含着大量镉超积累植物, 为相关研究的开展创造了良好的基础。另一方面, 当前镉污染土壤的植物修复技术大多还停留在实验室阶段, 大量基础性研究工作也亟待开展, 作物互作对减少植物对镉的吸收等工作也需要进一步的研究。

摘要：指出了土壤重金属污染的治理一直是难点、热点研究课题, 土壤—植物系统是生物圈最基本的结构单元, 镉作为植物非必需元素, 在生物圈中的移动性较强, 对土壤造成的危害很大。近年来, 国际上兴起了以超积累植物吸收土壤中的重金属的植物修复技术, 扰动小、就地进行、廉价的特点使其备受关注, 不少学者也进行了相关研究。结合自身工作经验, 就当前我国土壤镉污染的特点及植物修复技术进行了探究, 希望能为广大同行提供参考。

关键词：土壤镉污染,污染特征,植物修复

参考文献

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[2]李继光, 李廷强, 朱恩, 等.氮对超积累植物东南景天生长和镉积累的影响[J].水土保持学报, 2007 (1) .

[3]徐爱春, 陈益泰.镉污染土壤根际环境的调节与植物修复研究进展[J].中国土壤与肥料, 2007 (2) .

[4]马淑敏, 孙振钧, 王冲.蚯蚓-甜高粱复合系统对土壤镉污染的修复作用及机理初探[J].农业环境科学学报, 2008 (1) .

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[6]董林林, 赵先贵, 巢世军, 等.镉污染土壤的植物吸收与修复研究[J].农业系统科学与综合研究, 2008 (3) .

[7]茹淑华, 苏德纯, 王激清.土壤镉污染特征及污染土壤的植物修复技术机理[J].中国生态农业学报, 2006 (4) .

大气污染与植物修复 篇5

有机污染物污染土壤环境的植物修复机理

利用活的生物体对有毒有机物污染土壤环境的修复是一种被人们认为安全可靠的方法.植物修复是生物修复研究的热点.植物修复的机理包括植物对有机污染物的`直接吸收、植物根系分泌物、微生物对根际环境中有机污染物降解的促进作用.

作 者：李兆君 马国瑞 LI Zhao-jun MA Guo-rui  作者单位：浙江大学,环资学院资科系,浙江,杭州,310029 刊 名：土壤通报  ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SOIL SCIENCE 年，卷(期)：2005 36(3) 分类号：X592 关键词：有毒有机物   土壤   环境生物修复  

大气污染与植物修复 篇6

关键词：城市土壤；重金属污染；植物修复技术；大生物量非超富集植物；综合评估筛选法

中图分类号：X53 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.03.011

城市土壤因受人类活动强烈影响而区别于自然土壤，主要指厚度大于50 cm的非农用土壤，通常出现在城市和城郊区域[1-3]。城市化过程中的工业发展、城建工程的实施和居民日常生活等人类活动排放的污染物，以各种形式直接或间接地进入城市土壤，改变了城市土壤的理化属性，造成了城市土壤的重金属污染[4]。城市土壤重金属既可通过直接接触密集的城市人群而危害人体健康，又可通过对大气、水体的影响而影响城市生态环境，进而影响生命安全[5-6]。城市土壤既可以为城市绿色植物的生长提供养分，是其必不可少的生长介质，又可以为土壤微生物提供栖息地，是其能量的重要来源之一，所以城市土壤是城市生态系统尤为重要的组成部分，与城市生态环境息息相关[5]。因此，城市土壤重金属污染修复技术成为国内外学者研究的热点领域。

1 城市土壤重金属污染现状

原成土母质和人为活动是城市土壤重金属的来源，其中工业生产、机动车辆尾气排放、生活垃圾堆弃等人为活动是造成城市土壤重金属污染的主要因素。一方面，人为活动产生的重金属以气溶胶的形式进入大气，经过干湿沉降间接进入土壤；另一方面，附着于废弃物中，直接排入城市土壤，造成重金属污染，甚至污染地下水。并且城市土壤重金属污染具有一定的空间分布特征，总体表现为城区内部土壤重金属含量明显高于郊区，并且交通干线两侧、人类活动密集区、老工业区重金属污染较为严重，而受人为活动影响较小的风景区、公园等功能区土壤重金属污染则属于中低度污染和轻微生态风险。

城市土壤Pb、Zn、Cu、Cd等重金属多介质复合污染给人体健康带来了极大的风险。食物链传递研究表明，重金属已经不同程度地污染了我国的城市郊区菜地土壤[7-9]，重金属含量已超标的蔬菜大量向城市供应。除此之外，以扬尘为载体进入大气的城市土壤重金属，最终可通过人体的新陈代谢作用而进入体内并逐渐积累，从而直接威胁到人体健康。研究表明，北方沙尘暴天气发生时，大气环境中土壤重金属元素浓度迅速增加，Pb、Zn、Cu、Cd的浓度比平常高出3～12倍[10-11]。据相关研究部门统计，上海市大约有1/3的大气颗粒物来自于土壤扬尘[7]。此外，城市土壤重金属元素的积累对植物、动物、微生物的生理生态等方面也产生一定的毒害，导致城市土壤的退化。

2 土壤重金属污染修复研究现状

近年来，科研工作者不断探索重金属污染土壤的修复技术，使物理、化学和生物等修复技术得到了较快的发展。由表1可知，尽管这些物理、化学修复手段对治理重金属污染土壤具有非常重要的实践意义，但仍具有投资大、修复效率低、对周围环境干扰性大、易导致次生污染等诸多缺点。相比较而言，尽管植物修复技术有着种质资源较少、修复效果待改善和植物生长条件等局限性，但其仍具有技术和经济上的双重优势，不仅能够利用绿色植物的新陈代谢活动来修复土壤环境中的重金属污染，而且具有一定的观赏价值，有助于园林城市的建设。

广义的植物修复技术是在多学科交叉点上发展起来的新技术，建立在植物对某种或某些化学元素的耐性和积累性基础之上，利用植物及其根际共存微生物体系的吸收、挥发、降解和转化作用来清除环境中的污染物的一门环境污染治理技术[12]。通常所说的植物修复技术是指选择具有吸收富集土壤中污染元素能力的植物，并将该植物种植于特定重金属污染的土壤上，随着该植物收获和植物组织器官的妥善处理，便可移除土体中的该种污染重金属，最终达到污染治理与生态修复污染土壤的目的[13]。这种技术因为其在土壤污染治理方面的巨大应用潜力，吸引了各国相关领域的科学家进行相关研究，并取得了一定的进展。

2.1 超富集植物修复技术

现今已经发现的超富集植物约500多种，主要分布在气候温和的欧洲、美国、新西兰及澳大利亚的污染区，但利用植物修复污染土壤则是近几十年的工作。目前，关于超富集植物对重金属耐性和积累性机理、修复性能改进及应用技术等方面的研究已经在全世界范围内展开，并且也取得了一定的进展。此外，植物修复技术商业化因其工程性的试验研究以及实地应用效果，在未来具有巨大的商业前景。

2.2 超富集植物修复的局限性

超富集植物在修复土壤重金属污染方面表现出显著的生态效益、社会效益和经济效益。尽管利用植物修复技术修复重金属污染土壤具有廉价、有效、使土壤免受扰动等优点，但是在实际应用中，超富集植物由于其固有的特点，大大限制了在植物修复技术中的应用。第一，大部分超富集植物生物量低下，严重制约了修复效率，且植株矮小，不便于机械化作业；第二，超富集植物引种易受到地域性限制，因其多为野生植物种质资源，区域性分布较强，难以适应新的生物气候条件；第三，超富集植物往往只适用于某种特定的重金属元素，具有较强的专一性，对土壤中其他含量较高的重金属则表现出中毒症状，从而在重金属复合污染土壤修复中的应用受到了限制；最后，超富集植物根、叶、果实等器官机械折断、凋谢或腐烂等途径使重金属重返土壤，易造成二次污染，间接降低了修复效率。

2.3 大生物量非超富集植物与超富集植物修复技术

Ebbs等[16]认为超富集植物以外的其他大生物量非超富集植物也具有修复重金属污染土壤的可能性，并提出农作物地上部可观的生物量能够补偿地上部较低的重金属含量的观点。周振民等[17]指出了大生物量非超富集植物修复技术是一项非常有发展潜力的植物修复技术。因此植物修复技术走向工程实践的主要任务是筛选与开发大生物量、富集重金属能力强且具有观赏性的复合型修复植物。

3 土壤重金属污染大生物量植物修复技术研究进展

现有超富集植物种质资源贫乏，并且其具有自身的局限性，修复效果也有待于进一步加强，故植物修复技术还不成熟。另外，评价植物修复重金属污染的标准是重金属迁移总量，然而已经发现的超富集植物因其生物量小、生长缓慢而使重金属迁移总量相对较低，自然种群中存在着对重金属具有一定耐性的大生物量植物，虽然其单位质量的重金属含量尚不满足超富集植物的定义，但此时其所积累的重金属绝对量反而比超积累植物的绝对量大。因此大生物量非超富集植物对城市土壤重金属的修复作用更大。

3.1 大生物量修复植物的优势

以大生物量植物种质资源作为筛选修复植物对象是有依据的，一方面，大生物量修复植物具备普通植物的功能特点；另一方面，大生物量修复植物还有普通植物不具备的诸多优点。主要表现为：

（1）高生物量植物种质资源丰富，有着巨大的潜力，可为筛选提供坚实的基础；

（2）在进行城市土壤修复、调控大气环境的同时，能够美化环境，一举两得；

（3）具备观赏性的大生物量修复植物，不会进行食物链的传递积累，减少了对人体的危害；

（4）大生物量植物对人类健康也有着一定的作用，如油松、核桃、桑树等对杆菌和球菌的杀菌力均极强，花卉芳香油可抗菌，提高人体免疫力，可作为保健食品或调控大气环境；

（5）在长期的生产实践中，品种选育、植物栽培以及病虫害防治等经验日益丰富。因此，筛选大生物量植物修复城市土壤重金属污染是可行的。

3.2 大生物量植物的耐性与积累性研究

4 大生物量修复植物的判断标准与筛选

由周振民等[17]对重金属污染土壤大生物量修复植物进行的综合研究可知，其筛选对象主要为部分农作物、杂草、树木和花卉。修复城市土壤的大生物量植物应具有一定的生态功能和观赏价值，按观赏部位可分为观花的、观叶的、观芽的、观茎的、观果的五类；从低等到高等植物，从水生到陆生；有草本也有木本，有灌木、乔木和藤木，种类繁多。因此筛选既具有观赏性又具有生态修复功能的大生物量修复植物就尤为重要了。

为了便于采取定性与定量相结合的综合评估分析法筛选出具备此能力的大生物量修复植物，这就要求植物符合一定的判定标准。耐性特征、积累特征、观赏性和生态调控功能是主要的评定指标，其中耐性特征和积累特征是最基本的判断标准。耐性植物应该能够在较高重金属污染浓度的土壤上完成生命周期，并且污染处理的植物地上部生物量与对照植物的地上部生物量相比没有明显的下降，这才说明该植物对重金属污染的土壤具有一定的耐性。积累特征以转移系数和富集系数综合表示，李庚飞等[25]研究表明，在利用大生物量非超富集植物进行重金属污染修复时，若植物对某重金属元素的转移系数和地上部分富集系数均大于0.1，说明植物对该金属元素具有富集的潜力。此外，植物观赏性和固碳释氧、吸收有毒有害气体等生态调控功能等指标的纳入，对采用综合评估筛选法进行复合型修复植物的筛选更有意义。

大生物量植物种类繁多，盲目地筛选是不科学的。因此首先应该搜集资料，调查各种植物的特点及其本身生长习性，从中初选出最有可能成为修复植物的种质资源进行研究，之后再进一步确认。例如，可从受污染严重的区域采集仍然能够正常生长的物种进行试验，或从生长不易受环境影响的物种着手。初选大生物量修复植物在一定程度上可由植物的根、茎、叶初步判断[26]。生物量与株高成正比，而生物量越大，修复效率也相应增大，因此株高是修复植物的重要选择依据。为使筛选出的修复植物具有更好的实践性，也应尽量地人为模拟与特定重金属污染城市土壤条件相一致的环境条件，利用盆栽试验筛选出大生物量复合型修复植物。

5 结 语

我国对植物修复重金属污染土壤的研究起步较晚，筛选工作做得不多，大量有潜力的修复植物还有待发现，尤其是以大生物量修复植物为筛选对象将成为一个突破口。总的来说，用大生物量修复植物修复污染土壤的潜力巨大。在城市污染土壤修复中，大面积地应用与其他手段相结合的大生物量修复植物，既可以美化环境，又能带来巨大的经济效益。因此进一步提高大生物量修复植物的修复效率，应从生态位的理论出发，开展植物品种的筛选与培育、复合修复技术应用、修复效果验证试验等方面的研究，以适应城市需要，并将植物修复、观赏植物苗木生产、园林景观建设与生物质能利用有机结合，形成环境污染修复产业，走循环利用绿色发展之路。

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重金属污染土壤植物修复技术述评 篇7

植物修复是美国科学家于20世纪80年代提出的,根据作用过程和机理,该技术可分为植物稳定、植物挥发和植物提取。因其成本低和环境友好的特点,使它在技术和经济上均优于传统的物理和化学方法,是解决环境中重金属污染的优选方法和修复技术最主要的发展方向。

1 植物修复

植物稳定。主要通过重金属在根部积累和沉淀或根表吸收来加强土壤中污染物的固定,它的一个优点是不需处理负载重金属的植物组织。植物稳定的植物种类是具有发达的根系和大的生物量,并且修复过程中能抑制金属离子从根转移至茎和叶。值得指出的是,植物稳定只是暂时将土壤中的重金属固定,并不能彻底解决环境中的重金属污染问题。目前,主要用于矿区污染土壤的修复。

植物挥发。利用植物根系分泌的一些特殊物质使土壤中的某些重金属转化为挥发形态,或者植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质释放到大气中。如海藻能吸收并挥发砷;杨麻可使土壤中3价硒转化为低毒的甲基硒挥发去除;一些转基因植物(Arabidopsis thaliana)也能将有机汞和无机汞盐转化为气态单质汞。植物挥发技术虽然经济有效,但这种方法将污染物转移至大气,对人类和生物具有一定的风险。

植物提取。利用重金属超累积植物从土壤中吸收重金属污染物,并将其转移至地上部分,通过收割地上部分集中处理,使土壤中重金属含量降低到可接受水平的一种方法。一般认为植物提取是最有效而技术上最难实施的植物修复技术。许多植物种类对复合污染土壤修复潜力相对较低,科学家们努力寻找一些能提取不同金属的植物种类及改进植物提取性能的方法。

2 植物-微生物组合修复

对植物根际微域的研究表明,植物与微生物共同配合能明显提高修复的效果。利用土壤一微生物一植物的共存系统,组合植物与微生物修复技术,能够提高土壤中污染物的植物修复效率,最终达到彻底修复重金属污染土壤的目的。目前,关于微生物和植物的联合修复主要从菌根和细菌两方面研究。

刘茵在黑麦草上接种丛枝菌根(AM)Glomus intraradices结果表明,菌根的形成能够使根系积累镉数量增加,进而减少了黑麦草地上部分镉含量。另有学者指出菌根能够分泌更多的质子并改变根际p H环境,从而影响土壤重金属及其他化合物的生物有效性。

土壤中的一些细菌具有分泌活化土壤中重金属物质的能力,在微生物强化植物修复重金属污染环境的试验中发现,复合污染土壤高水平加筛选菌株(J3)处理,根际土弱酸可溶态铅、可溶态镉含量比不加菌分别高13.99%、11.91%。此外,Kamaludeen等对植物与微生物的联合修复进行系统研究,发现不同富集植物对不同种类重金属的提取修复效率因根际微生物的联合修复作用而显著提高。

3 土壤重金属污染植物修复技术发展趋势

植物修复作为一种新兴的、高效的绿色修复技术现已被广泛认可和接受。但植物修复也具有自身的不足,表现为重金属超富集植物的缺乏以及现行超富集植物大多生物量小、对复合污染效果不显著等。因此,运用分子生物学和基因工程技术,提高超积累植物的重金属含量和生物产量以及培育新的重金属超富集植物,深入开展重金属富集机理研究,已成为环境科学的前沿课题。同时,组合修复技术博采众长,往往具有高效、低耗的双重效果,组合技术的开发也是重点工作之一。

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大气污染与植物修复 篇8

1 植物修复法的提出及应用现状

探究一种科学、经济、环保的矿山修复和预防污染的手段是十分必要的。目前, 对矿山的治理和修复有多种手段, 但因处理方法不够科学, 耗费资源大, 修复速度缓慢, 未能广泛应用。而植物修复技术具有其他修复技术所不具有的投入低、效果好和纯自然街等特点, 对土壤功能的维护和对土壤生物恢复的积极作用, 被美国环境保护署作为污染物原位修复的优先推荐方法之一, 是利用生态工程治理环境污染的一种有效方法, 被认为是一次在污染治理领域内的绿色革命。

植物修复技术是利用植物的吸收和代谢功能将环境中的有毒有害污染物进行分解、富集和稳定的过程。其通过植物、细菌和霉菌的共同作用, 经过若干物理的、化学的、生物的过程来完成。该技术已从实验室的盆栽实验发展到了矿山的实践应用, 是目前国内外学者研究的多学科结合的前沿课题。

1983年, 美国科学家Chaney首次提出了利用某些能够富集重金属的植物清除土壤重金属污染的设想———植物修复技术的思想。研究表明, 通过植物的吸收、挥发、根际降解、稳定等作用, 可以净化水体、土壤或大气中的污染物, 达到净化环境的目的, 因而成为一门正在崛起并涉及土壤学、植物学、分子生物学、基因工程学、环境科学等多门学科的新兴边缘学科。到20世纪90年代, 已成为环境污染治理研究领域的一个前沿性课题。

我国从1999年开始, 在国家“863”计划、“973”计划和国家自然科学基金重点项目的支持下, 研究人员研究筛选出一种砷超富集植物, 解决了砷污染土地植物修复技术中的一系列关键难题, 在国际上建立了第一个砷污染土地的植物修复示范工程。并先后在广西、云南等地开始推广应用, 建立了超富集植物与经济作物间作的修复模式, 实现了边修复污染土壤、边开展农业生产。

近年来, 研究人员在全国上百座矿山开展了污染土地、水体、环境状况及其植被调查, 发现了多种超富集植物, 并筛选出近20种对重金属具有潜在超富集功能的植物。同时, 通过对该物种及生存环境的探究, 研制了多种强化植物修复的化学和微生物添加剂, 改进了植物修复技术, 建立了进行活体植物中化学元素微区定位及形态研究的新方法。但这些植物修复技术大多停留于实验室模拟研究阶段, 虽然一些报道根据盆栽试验估算了相应的植物修复潜力, 但是从实验室获得的超富集植物生物富集系数、最大富集量等并不能简单地换算成实际工程中的植物修复系数和单位面积重金属去除量, 因为两者在重金属有效态含量、土壤物理化学性质及其他影响因素方面存在巨大差异。

植物修复法对矿山修复的优点、不足与解决方案见表1。

2 富集资源的开发利用

在植物富集元素后, 对其再度利用是目前研究的热点及重难点问题, 是实现资源循环利用的关键。虽然富集能力有限, 所含元素量较少, 不适合于大规模提取该金属元素, 但可进一步研究其在植物体内的分布形态, 从而开发相应的有益产品。富集元素的再利用主要体现在以下几个方面。

2.1 利用植物富集元素辅助勘探矿产

利用植物富集元素辅助勘探矿产, 研究特定元素在植物体中的富集系数, 测量植物中的主要元素及伴生元素含量, 用于寻找该地区的矿物异常。由于植被对重金属元素的吸收和积聚过量, 而表现出生态上的异常, 也可利用异常植被与正常植被存在差异信息的提取并与遥感技术结合而获得找矿信息。

2.2 开发超富集植物对矿物的处理

2.开发超富集植物对矿物的预处理, 提高矿物资源的利用率, 减少尾矿污染。此法具有较好的应用前景。已推广的利用蜈蚣草去除含砷金矿中的砷, 可使金氰化浸出率大大提高。蜈蚣草预处理前后金氰化浸出试验结果表明, 未经种植植物的原矿金浸出率只有34.21%, 而种植蜈蚣草4个月后的矿样金浸出效率均有所提高, 其中利用柠檬酸调控的蜈蚣草处理后矿样金浸出率可以提高到52.54%。采用固砷剂焚烧植物为生物矿石进一步回收As、Pb提供了可能。解决了金矿氰化浸出尾矿修复难题;减少了尾矿中砷的污染。

2.3 富集特殊元素的植物

富集特殊元素的植物具有较高的药用价值。因人体需要多种矿质元素, 而从植物中获取是有可能的, 植物转化为矿物元素可形成人体所需形态。在特定的矿山, 筛选出具有富集某种单一元素的植物, 并采用人工干预的方式, 控制其富集量, 从而获得富含该元素的保健食品 (如高硒茶、高锌茶等) , 可获得较高经济效益。

2.4 富集资源的提取

在通过植物对矿山的修复后, 所富集的资源进一步提取再利用, 以实现资源的循环利用。植物体中的金属元素大多以络合物的形式存在, 可以通过萃取、焚烧、浸取的方式提取, 且成本低、安全、环保、可控。

3 展望

植物对环境能否有效修复受诸多环境因素及富集资源的再利用技术限制。但因其是一种低成本、修复作用涉及面广、能创造一定经济效益的环境友好型修复方法, 容易被社会接受, 非常适合我国国情。随着研究的深入, 在多技术的联合应用下, 获得生态和谐发展的矿区是可能的。植物修复技术在重金属污染区的土地修复与资源的综合利用过程中, 将具有十分广阔的发展和应用前景。

摘要：结合我国土壤重金属污染现状及其危害, 归纳提出植物修复技术的优缺点、发展趋势、应用现状和富集资源再利用的可能。认为, 植物修复技术在重金属污染区修复与资源的综合利用过程中具有十分广阔的发展和应用前景。

土壤的重金属污染及植物修复技术 篇9

关键词：重金属,土壤,植物修复技术,应用

1 引言

植物修复技术通过利用植物根系吸收水分和养分的过程来吸收、转化污染土壤中的超标重金属,这样的过程可以达到清除污染和修复土壤的效果。植物修复技术在1980年提出,此后很快得到了推广[1,2,6]。研究中将阐述土壤重金属植物修复的主要机理、常规修复方法以及典型应用案例等方面内容,并就当前存在的问题进行分析及提出改善措施。

2 植物修复技术的抗性机理和富集机理

2.1 植物对重金属的抗性机理

植物对土壤中重金属抵抗性具体为:如果土壤中的重金属浓度相当高时,土壤中的重金属必须通过植物根部细胞膜表面的通道蛋白与H+偶联蛋白运输而进入根部细胞进行细胞跨膜运输,此时有些植物的生存不会受到伤害或者威胁程度很低,植物可以吸收、运输营养物质。土壤重金属浓度过高时,植物根部细胞的细胞膜构成了外界环境与植物内环境之间的一个屏障,不同植物的细胞膜组成差异以及应对变化的能力决定了植物对重金属抗性的大小[2],植物细胞可以分泌有机酸等有机物用以改变根部细胞内环境的pH值、Eh值,形成螯合物,用以减小植物所在土壤中活态重金属离子含量,重金属的跨膜运输即受到抑制。

部分植物在根部吸收了重金属后,通过内部机制可以将重金属排出体外,达到自身解毒目的,常见的排泄方式是通过植物组织脱落方式。Nies等人对植物吸收和代谢重金属的过程进行了研究,他认为植物的原生质膜可以自动地将吸收的重金属排出[2]。因此当重金属进入植物细胞时,能与细胞质中的多种物质产生反应,进而形成具有复杂结构的整体螯合物,而且在植物组织器官中区域化分布,可以和细胞内部的其他物质隔离开来,因而可以降低重金属的毒性威胁。

2.2 植物对重金属的富集机理

植物对重金属的耐性是植物在土壤污染区域生存的必要条件,超富集植物具有耐土壤重金属的机理,同时也可以超量地吸收以及在体内累积重金属,不过由于研究不够深入,富集机理至今仍没有完全研究清楚[4,6],当前的研究工作主要集中在植物修复的吸收作用、运输以及重金属累计方面。

超富集植物吸收重金属的途径是活化根际来实现的,所采用的途径是通过根系分泌的有机酸,用来调节根部的酸碱环境;这些有机酸同样有助于促进重金属物质的溶解,以及形成螯合物,土壤中的铁、锰、铜等元素通过根系细胞的高铁载体促进自身溶解;根部细胞细胞膜表面的还原酶也能将高价态的重金属离子还原成低价态低毒性的离子,继而增加了重金属离子在植物细胞内环境中的溶解程度。重金属在植物中的运输分为通过根系进入植物木质部分,在植物木质部分运输,以及木质向叶子及果实等部位的运输。3个运输过程速度受到根系压力和地表植物的蒸腾作用的影响。当土壤中的重金属进入植物的组织细胞中,呈区域化分布特点。宏观上来看,大多数位于植物皮下组织以及外表皮组织;从微观的尺度来看,吸收的重金属物质集中在液泡等非植物生理关键区。

3 重金属植物修复的方法

3.1 植物提取技术

(1)持续植物提取技术。一些重金属超富集植物(如蜈蚣草、遏蓝菜、印度芥菜、东南景天、宝山堇菜等)是土壤重金属的持续植物提取技术的关键,这些植物可以在其整个生命周期吸取、运输、累积以及耐受土壤中高浓度的重金属。植物提取技术的重点在于超累积植物富集土壤重金属的能力。国外学者进行了相关的研究,Baker等在大田试验,发现了遏蓝菜(Thlaspi caer-ulescens)这种超积累植物在土壤含锌浓度为440mg/kg时,地面以上部分锌含量超过了土壤全锌的大约16倍,如果把土壤含锌量降低到300mg/kg的欧盟允许标准,只需种植遏蓝菜14次[3,4,6]。

(2)螯合剂是土壤重金属的诱导植物提取技术的关键组成因素,通过对植物施加鳌合剂使土壤固相结合的金属释放,加大土壤中重金属的浓度,可以较大幅度地增强植物对重金属的吸收和富集能力。此项技术可以用于一些在土壤中极难转移的重金属元素。相关资料显示,在玉米、豌豆上施加鳌合剂可使地面以上部的Pb浓度从小于500mg/kg,增大为大于10000mg/kg[5,6]。印度的芥菜、玉米、向日葵以及蚕豆等均是良好的重金属诱导植物。

3.2 植物固定技术

自然界存在的一些植物,对土壤中的重金属拥有很强的富集和耐性,并且植物本身在吸收重金属的过程中也可以分泌一些物质用以转化重金属的存在形式,降解重金属的毒性,这个途径只是利用一些植物来促进重金属转变为低毒性形态的过程。在这一过程会涉及一些化学变化,如螯合、分解作用、沉淀、氧化还原等,整个过程中土壤重金属浓度并不会明显减少,只是在形态上产生了变化。Kumar等人的实验表明:当在铅含量625mg/kg的土壤盆栽中种植印度芥菜,三周后可以使土壤淋溶液中的铅浓度从740μg/mL下降为不到22μg/mL[5,6,7,8,9,10]。

3.3 植物挥发技术

植物挥发技术的机理是利用植物根系吸收金属,将其转化为气态物质挥发到大气中,以降低土壤污染。这种技术具有一定的局限性,要求重金属物质在某些状态下要具有挥发性,目前研究来看,Hg和Se这两种重金属元素具有挥发特性,应用也相对较多。例如洋麻、紫云英、印度芥菜等植物中的ATP硫化酶可将Se3+转化成气态的CH3SeCH3+CH3Se2CH3,植物挥发技术为环境中具有生物毒性元素的去除提供了一种潜在的可能性。植物挥发时将环境中的重金属转移至大气,若从区域整体环境质量考虑,利用植物挥发修复土壤重金属污染,应以不损害大气质量为前提[11,12]。

3.4 根系过滤技术

利用植物根部过滤,沉淀土壤,富集污染物。目前用于根系过滤的植物有向日葵、印度芥菜、宽叶、香蒲及烟草等。根系过滤主要用于重金属污染的土壤,也可以是放射性核素如U、Cs或Sr污染的水体。水科植物浮萍和水葫芦可有效吸收清除水体中的Cd、Cu和As等重金属。

4 结语

重金属污染水体的植物修复研究进展 篇10

关键词：植物修复,重金属,污染水体

近几年来, 随着民用固体废弃物不合理填埋和堆放, 大量污染物的排放导致各种重金属污染物进入水体, 使水体悬浮物和沉积物中的重金属含量急剧升高。重金属污染水体在许多的污染水体中相比, 其具有难度较高、花费较大的特点, 重金属污染水体传统的处理投资巨大以及效果不理想。植物修复技术是新近发展起来的生物修复技术的一个分支。相比传统的方法, 具有成本低廉的优势。本文针对植物修复技术的原理、工程应用及发展进行了综述。

1 植物修复技术原理与类型

植物修复技术是一种新原位治理环境污染技术, 机理是利用植物或微生物的新陈代谢进行积累及化解污染物。

目前发现的重金属超积累植物有700多种, 凤眼莲、水芹菜、香蒲、芦苇、香根草等都对重金属具有良好的吸收积累效应。根据植物修复的作用机理, 总体上可分为:植物吸收、植物挥发、植物吸附和植物固定等[3]。

1.1 植物吸收

植物吸收指植物根系对重金属进行吸收, 并转移到地上部分, 最后收获茎叶, 离地处理。根袋 (rhizobag) 试验表明, T.caerulescens可以将土壤中的Zn从不溶态转化为可移动态, 活化土壤中不溶态的重金属。

1.2 植物挥发

目前在这方面研究最多的是金属元素汞和类金属元素硒。实践证明, 利用分子生物学技术将细菌中汞抗性基因导入植物后, 使其具有汞浓度条件继续生存的能力以及所吸取的汞还原成单质汞。

1.3 植物吸附

表面吸附是选择性吸收和螯合离子交换等物理和化学过程共同作用的结果。是沉水植物和浮叶根生植物消除重金属的主要方式。

1.4 植物固定

植物固定, 是利用植物与添加物质致使环境中的金属流动性降低。但不能主要问题是暂时性的, 不能彻底去除重金属污染问题, 容易受到环境条件的影响。

2 植物修复工程的应用

植物修复技术广泛应用于污水治理中, 重金属污水方面应用得人工湿地技术以及生物塘工程比较多。

2.1 人工湿地

人工湿地对重金属的去除主要集中在植物对重金属的去除作用上, 包括植物的稳定、生物富集和摄取吸附。还可以通过植物挥发、甲基化等作用达到目的。另外, 就是湿地填料对重金属的固着和吸附[9]。人工湿地生态结构比较复杂, 再者重金属容易对植物产生毒害, 因此, 当植物吸收达到一定程度, 就不利于重金属的持续去除。Yang B[10]等研究了铅/锌矿废水经过人工湿地长期处理, 该湿地建设至今已有十几年的光阴, 镉、铅和锌去除率效果显著, 分别为94.0%, 99.0%和97.3%, 若人工湿地和氧化塘进行结合处理, 可以达到更好的净化效果。

2.2 氧化塘

氧化塘是一种利用天然净化能力处理污水的生物处理设施, 其处理污水的过程实质上是一个水体自净的过程。在净化过程中, 既有物理因素, 如沉淀、凝聚, 还有化学因素, 如氧化和还原, 以及生物因素。我国韶关对净化塘系统对重金属净化后均达到国家排放要求[7]。

3 植物修复技术的发展

利用植物单一的处理技术, 容易受环境影响, 效果波动可能性很大。如果在利用新技术进行改造, 可以加强其修复效果。

3.1 前处理技术

污水里有毒物质过高时对植物会产生毒害, 此时处理效果不佳, 甚至导致植物死亡。严寒时期植物生长受抑, 处理效果同样不佳。一般植物修复处理高浓度废水时进行前处理, 以提高处理效果。常用前处理有物理沉降及过滤系统, 以减少人工湿地堵塞。采取降解有机污染物的措施, 如利用厌氧或好氧生物反应器或热处理、超声波等方法将固体颗粒物破碎等。

3.2 微生物的应用

在修复重金属污染方面, 一方面, 微生物能增强植物对污染环境的适应能力, 促进植物对有机物的吸收而间接加速有机污染物的降解[8]。闻岳等[13]研究认为, 植物根际微生物在湿地物质和能量代谢中发挥着重要的作用。另一方面, 微生物能通过增加金属的生物可利用性, 或促进植物生长的作用来使植物累积金属量增加。孙乐妮等采用稀释平板涂布法从海州香薷根际筛选铜抗性菌株, 分离纯化到27株抗Cu2+20mg/L的细菌, 菌株的这些生物学功能可能对海州香薷的生长及根际铜的活化起到一定促进作用[14]。

3.3 基因工程的应用

野生植物量小而限制了它在实际工程中的应用, 若是能利用克隆技术分离出其基因, 培养大量植物, 对植物的修复能力将得到大幅度提高。根据笔者查阅资料, 植物体内的组氨酸含量具有重金属的富集作用[11]。我国目前已克隆出镉敏感性基因、高亲和性锌等基因, 这些对于生物技术的应用提供了很好的平台[12]。

4 总结与展望

综上所述, 植物修复技术具有以下优点: (1) 处理费低, 与常规的填埋法等相比具有明显的优势; (2) 属于原位处理技术, 具有保护表土、减少侵蚀和水土流失等功效, 对环境影响最小, 是目前最清洁的污染处理技术; (3) 产生的废物量较小; (4) 能处理的重金属种类相对较多, 是一种“广谱”的处理技术。局限性在于运作条件高、处理时间长、占地面积大及受气候影响严重。

植物修复作为一项新兴的绿色污染治理技术, 当前仍处于实验研究阶段, 要真正在实践中广泛应用, 还需要不断深入研究和实践才能使植物修复技术更加完善。

(1) 继续寻找生物量大、适应性强和具有累积效应的植物, 还需研究提高超富集植物的重金属浓度水平和产量的方法和技术。

(2) 其他方法与植物修复技术的结合。在有其他非生物修复技术的辅助下, 植物修复技术能够发挥最大的功效。

(3) 结合植物分子生物学、植物生理学、遗传学或微生物学等学科能更好地发展植物修复技术。例如, 对生理学、生物化学的基础研究的增加将有助于迁移、积累和螯合机制的理解;用分子生物学手段来培养实用的转基因植株。

参考文献

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[2]何池全, 李蕾, 顾超.重金属污染土壤的湿地生物修复技术[J].生态学杂志, 2003, 22 (5) :78-81.

[3]姚超英.重金属废水的植物修复技术[J].中国科技信息, 2006, 16:39-40.

[4]桑伟莲, 孔繁翔.植物修复研究进展[J].环境科学进展, 1999, 7 (3) :40-44.

[5]窦磊, 周永章.酸矿水中重金属人工湿地处理机理研究[J].环境科学与技术, 2006, 29 (11) :109-111.

[6]肖瑾, 成水平, 吴振斌, 朱邦科.植物修复技术及其在污水处理中的应用[J].淡水农业, 2003, 36 (5) :60-63.

[7]范修远, 陈玉成.重金属污染水域的植物修复[J].研究报告, 2003 (4) :12-16.

[8]夏会龙, 吴良欢, 陶勤南.凤眼莲植物修复水溶液中甲基对硫磷的效果与机理研究[J].环境科学学报, 2002, 22 (3) :329-332.

[9]闻岳, 周琪, 蒋玲燕, 等.水平潜流人工湿地对污水中有机物的降解特性[J].中国环境科学, 2007, 27 (4) :508-512.

[10]孙乐妮, 何琳燕, 张艳峰, 张文辉, 王琪, 盛下放.海州香薷 (Elsholtzia splendens) 根际铜抗性细菌的筛选及生物多样性[J].微生物学报, 2009, 49 (10) :1360-1366.

[11]Kramer U, Cotter-Howells J D, Charnock J M.et al.Free histidine as a metal chelator in plants that accumulate nickel.Nature.1996, 379:635-638.