污染土壤的植物修復(fù)t

污染土壤的植物修復(fù)林隙地被空曠地被林下地被林緣地被巖石地被環(huán)境治理技術(shù)化學(xué)修復(fù)技術(shù)物理修復(fù)技術(shù)生物修復(fù)技術(shù)微生物修復(fù)技術(shù)植物修復(fù)技術(shù)植物修復(fù)(phytoremediation):利用植物及其根際圈微生物體系的吸收、揮發(fā)和轉(zhuǎn)化、降解等作用來(lái)去除污染環(huán)境中的污染物質(zhì)。第一節(jié)根本概念和修復(fù)機(jī)理植物修復(fù)技術(shù)以植物忍耐和超量積累某種或某些化學(xué)元素的理論為基礎(chǔ),利用植物及其共存微生物體系清除環(huán)境中的污染物的一門環(huán)境污染治理技術(shù)。植物修復(fù)技術(shù)有機(jī)化合物、重金屬、放射性物質(zhì)土壤、大氣、水體廣義清潔污染土壤中的重金屬狹義植物修復(fù)開(kāi)展歷程無(wú)意識(shí)地利用植物處理排泄物20世紀(jì)初，有意識(shí)地利用植物生態(tài)系統(tǒng)處理廢棄物和污水無(wú)害化1970s后，開(kāi)展污水的土地處理系統(tǒng)，成為城市生活廢水的處理技術(shù)；廢棄礦山的復(fù)墾，污泥的處理和農(nóng)業(yè)應(yīng)用，植物耐性機(jī)理的研究1980s,Chaney提出利用超積累植物去除土壤重金屬污染，形成植物修復(fù)概念。植物對(duì)污染物的修復(fù)機(jī)理-有機(jī)物的吸收積累和代謝某些植物能在體內(nèi)代謝或礦化有機(jī)物，使其失活；但多數(shù)研究只證明了植物僅能通過(guò)酶催化氧化降解有機(jī)物；降解產(chǎn)物的進(jìn)一步深度氧化過(guò)程研究還很缺乏；為提高植物修復(fù)效率，可利用基因工程技術(shù)增強(qiáng)植物的降解能力．植物對(duì)有機(jī)污染物的吸收途徑對(duì)氣態(tài)污染物的粘附和吸收對(duì)水溶態(tài)污染物的吸收植物粘附污染物的數(shù)量,主要決定于植物外表積的大小和粗糙程度,某些植物還可分泌油脂、黏液,如去杉、油松等;氣孔是葉片吸收污染物的主要部位,但高濃度污染物可對(duì)葉片造成損害,如二氧化硫可導(dǎo)致植物氣孔張開(kāi)和關(guān)閉的機(jī)能癱瘓,臭氧可損害葉片的柵欄組織.氣態(tài)污染物水溶態(tài)污染物主要通過(guò)根吸收葉片也能吸收水溶態(tài)物質(zhì)水溶態(tài)的污染物到達(dá)根外表，主要有兩條途徑：一條是質(zhì)體流途徑(massflow)，即污染物隨蒸騰拉力，在植物吸收水分時(shí)與水一起到達(dá)植物根部；另一條是擴(kuò)散途徑(diffusion)，即通過(guò)擴(kuò)散到達(dá)根外表。葉片對(duì)農(nóng)藥通過(guò)氣孔吸收與角質(zhì)層吸收。附著性能是影響藥效的重要因素。外表活性劑能顯著降低外表張力，改善藥液在葉面的附著性,從而提高吸收。如:劉支前等發(fā)現(xiàn)不加任何外表活性劑時(shí)，草甘膦藥液不能直接經(jīng)蠶豆葉面氣孔吸收；添加0.5％的有機(jī)硅外表活性劑后，氣孔吸收率可達(dá)85.4％。自然來(lái)源：工業(yè)礦床和巖石風(fēng)化而成的地表土壤．重金屬來(lái)源人為來(lái)源生產(chǎn)活動(dòng)農(nóng)藥肥料交通運(yùn)輸廢棄物廢水廢氣植物對(duì)重金屬吸收積累土壤中重金屬本身所存在的形態(tài)可分為：水溶態(tài)、有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)以及包含于礦物晶格中的殘?jiān)鼞B(tài)。從植物的可利用性可分為可吸收態(tài)、交換態(tài)、難吸收態(tài)。重金屬的游離離子及螯合離子易被植物所吸收，殘?jiān)鼞B(tài)的難被植物吸收，介于兩者之間的那么為交換態(tài)。物理化學(xué)法重金屬污染土壤恢復(fù)方法生物修復(fù)法微生物修復(fù)植物修復(fù)污染土壤中重金屬的清除植物萃取技術(shù)是目前研究最多最有發(fā)展前景的一種方法，利用可積累污染物的植物將土壤中的金屬富集于植物可收獲的部分。

超積累植物、某些高產(chǎn)的農(nóng)作物污染土壤中重金屬的清除植物萃取技術(shù)是目前研究最多最有發(fā)展前景的一種方法，利用可積累污染物的植物將土壤中的金屬富集于植物可收獲的部分。

砷超積累植物—蜈蚣草（PterisvittataS）污染土壤中重金屬的清除植物萃取技術(shù)（改進(jìn)植物吸收性能的方法）土壤中植物吸收Pb的能力很低土壤中加入絡(luò)合劑（EDTA）增加植物根對(duì)Pb的吸收能力植物通過(guò)根吸收、沉淀或還原作用可使金屬惰性化，即植物固定。適用于固化污染土壤的理想植物能忍耐高含量污染物、根系發(fā)達(dá)。土壤PbPbPbPb植物根系惰性Pb惰性Pb土壤污染土壤中重金屬的清除物理化學(xué)修復(fù)類型：客土法、化學(xué)固化、電化學(xué)、土壤淋洗等．缺點(diǎn)：易引起二次污染、土壤結(jié)構(gòu)破壞、生物活性下降和肥力退化，修復(fù)本錢過(guò)高。小結(jié)-植物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)適用污染因子廣泛，不僅適合重金屬，同時(shí)可治理有機(jī)物污染。從生態(tài)學(xué)角度看，有利于污染地生態(tài)恢復(fù)，美化環(huán)境。以太陽(yáng)能為動(dòng)力，本錢低，適合大面積修復(fù)推廣。修復(fù)費(fèi)用約為5～40美元／噸，而填埋的費(fèi)用為100～500美元／噸。尤其適于低濃度條件。不會(huì)引起二次污染，特別是不會(huì)對(duì)地下水構(gòu)成污染。修復(fù)模式植物提取(phytoextraction)植物揮發(fā)(phytovolatilization)植物穩(wěn)定(phytostabilization)植物降解(phytodegradation)第二節(jié)污染土壤修復(fù)模式植物提取:利用植物根系吸收重金屬元素，并經(jīng)過(guò)植物體內(nèi)一系列復(fù)雜的生理生化過(guò)程，將重金屬元素從根部轉(zhuǎn)運(yùn)至植物地上局部，再進(jìn)行收割處理。根據(jù)實(shí)施的策略不同，植物提取技術(shù)可分為連續(xù)植物提取和誘導(dǎo)植物提取。植物提取第一種情況〔連續(xù)植物提取〕：植物在整個(gè)生命周期中都能吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、積累和忍耐高含量的重金屬．第二種情況：某些植物只能在一段時(shí)期內(nèi)吸收重金屬，或整個(gè)生命期中都吸收但吸收量很低．第二種情況下，人們輔以絡(luò)合劑等理化措施誘導(dǎo)植物積累更多金屬元素，這就是誘導(dǎo)植物提取。誘導(dǎo)植物提取舉例：在芥菜營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛期施用ＥＤＴＡ絡(luò)合劑可顯著提高土壤中植物有效態(tài)Cu，使土壤水浸提態(tài)Cu和交換態(tài)Cu顯著上升，從而芥菜中Cu的含量明顯增加植物提取技術(shù)與其他修復(fù)模式的區(qū)別之處在于重金屬地上局部含量的不同。因而植物提取技術(shù)要求植物能從根部吸收重金屬離子，還能有較高的地上局部轉(zhuǎn)運(yùn)能力。金屬離子首先進(jìn)入根部細(xì)胞，通過(guò)共質(zhì)體的運(yùn)輸穿越根內(nèi)皮層中的凱氏帶，進(jìn)入中柱送達(dá)木質(zhì)部，再與木質(zhì)部中大量存在的有機(jī)酸和氨基酸結(jié)合運(yùn)往地上局部．印度芥菜在高濃度可溶性Pb營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)一段時(shí)間后,莖中Pb含量到達(dá)1.5％；印度芥菜還能吸收積累Cr、Cu、Zn、Cd、Ni等重金屬．植物提取/例子為植物修復(fù)的核心局部，最早的概念于1977年Brooks提出，現(xiàn)在接近成熟．重金屬超積累植物東南景天(SedumalfrediiH)——由楊肖娥等發(fā)現(xiàn)的第一種Zn超富集植物。地上部的Zn含量達(dá)5000ppm.富集系數(shù)達(dá)1.9以上。蜈蚣草〔PterisvittataLinn.〕——第一種在我國(guó)發(fā)現(xiàn)的As超富集植物，由陳同斌等發(fā)現(xiàn)．超積累植物地上局部的重金屬含量是同等生境條件下其他普通植物含量的100倍以上；在污染地生長(zhǎng)旺盛，生物量大，能正常完成生活史；富集系數(shù)(BCF)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(TF)都大于l。一般而言，植物體內(nèi)重金屬臨界含量為Zn:l0000mg／kg,Cd:l00mg／kg,Au:lmg／kg,Pb、Cu、Ni、Co均為1000mg／kg.超積累植物特征富集系數(shù)＝地上部器官中重金屬含量土壤中重金屬含量％轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)＝莖葉中重金屬含量根部重金屬含量％過(guò)渡類型有一些植物雖然達(dá)不到上述各項(xiàng)指標(biāo)，但比起一般的植物能忍耐一定程度的重金屬，文獻(xiàn)資料上多稱為富集植物．長(zhǎng)期生長(zhǎng)于污染土壤中的植物對(duì)環(huán)境脅迫往往形成了三類適應(yīng)模式，各自特點(diǎn)為:抵御：與根際周圍的各類真、細(xì)菌組成菌根，形成防御體系共同抵抗外界污染物質(zhì)的侵害。忍耐：無(wú)法構(gòu)建防御體系，但可形成一定的忍耐特性，體內(nèi)重金屬含量高于普通植物，即使脫離重金屬污染土壤仍能自然成活，稱為富集植物。利用：因?yàn)樽陨砩淼男枰寥乐形廴疚镔|(zhì)含量要到達(dá)一定數(shù)值才能成活，稱為超積累植物。如比蘇草在Cu含量小于100μg／kg的土壤中不能正常生長(zhǎng)。根據(jù)其這一特性，某種重金屬的超積累植物往往還能成為金屬礦藏的指示植物。植物對(duì)污染環(huán)境的適應(yīng)模式地域來(lái)看，多分布于富含重金屬的礦區(qū)；植物分類來(lái)看，多位于幾個(gè)類別之內(nèi)，如Ni主要公布于“五科〞、“十屬〞；農(nóng)田雜草也可能是超積累植物的一個(gè)重要來(lái)源庫(kù)。如魏樹(shù)和等發(fā)現(xiàn)了8種對(duì)Cd具有超積累性的雜草．超積累植物分布首先，大局部植物植株矮小，生長(zhǎng)緩慢，且不易機(jī)械化作業(yè)；其次，多為野生型植物，對(duì)生物氣候條件的要求也比較嚴(yán)格，區(qū)域性分布較強(qiáng)，引種受到嚴(yán)重限制；再次，專一性強(qiáng)，只作用于一種或兩種特定的重金屬元素，對(duì)土壤中其他含量較高的重金屬表現(xiàn)出中毒病癥；最后，植物器官往往會(huì)腐爛、落葉，最終重金屬重返土壤。超積累植物的局限性植物吸收重金屬本質(zhì)上是否為植物在特定環(huán)境下的特定生理生化反響．植物耐重金屬毒害的機(jī)制包括：細(xì)胞區(qū)域化作用；主動(dòng)外排；螯合作用．目前誘導(dǎo)植物生成配位體是其研究熱點(diǎn)．另外還可通過(guò)基因手段，促進(jìn)植物基因改進(jìn)，提高積累量．植物積累重金屬的分子生物學(xué)研究尋找更多超積累植物，尤其能同時(shí)富集不同重金屬元素的植物的尋找，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有野生超積累植物的人工引種、馴化研究；分子水平上的植物耐金屬性研究，從基因水平上探明植物對(duì)重金屬耐性的根源所在；各種重金屬元素在不同植物體內(nèi)的儲(chǔ)存及分布特征研究；超積累植物根際環(huán)境對(duì)重金屬吸收作用的影響．超積累植物研究展望含義：植物將揮發(fā)性污染物吸收到體內(nèi)后再將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)，釋放到大氣中。

植物揮發(fā)和土壤根際微生物的活動(dòng)密切相關(guān)．缺點(diǎn)：揮發(fā)性重金屬經(jīng)植物體進(jìn)人大氣最終沉入土壤或水體，會(huì)產(chǎn)生二次污染．揮發(fā)舉例：植物從土壤吸收汞再向大氣揮發(fā)；硒以二甲基硒和二甲基二硒揮發(fā)。植物揮發(fā)含義：利用植物吸收和沉淀來(lái)固定土壤中的大量有毒重金屬，以降低其生物有效性并防止其進(jìn)入地下水和食物鏈，從而減少環(huán)境和人類健康的污染風(fēng)險(xiǎn)。適用于相對(duì)不易移動(dòng)的物質(zhì)。主要應(yīng)用在采礦、廢氣干沉降、污泥處置。缺點(diǎn)：并未將重金屬?gòu)耐寥乐袕氐兹コ?，?dāng)土壤環(huán)境發(fā)生變化時(shí)仍可能重新活化恢復(fù)毒性。植物穩(wěn)定含義：指污染物被植物根系吸收后通過(guò)體內(nèi)代謝活動(dòng)來(lái)過(guò)濾、降解污染物質(zhì)的毒性。如六價(jià)Cr生物有效性最強(qiáng)，通過(guò)植物根系的降解作用后變成低價(jià)態(tài)的三價(jià)Cr，毒性大大減弱．植物的降解作用與根際土壤環(huán)境密切相關(guān)。根際分泌物的存在，使土壤理化性質(zhì)，如pH值、氧化復(fù)原電位、微生物組成等顯著改變．植物降解過(guò)濾植物修復(fù)有機(jī)污染的三種機(jī)制①直接吸收并積累非植物毒性的代謝物；②釋放促進(jìn)生物化學(xué)反響的酶；③強(qiáng)化根際降解作用.植物可在新的植物結(jié)構(gòu)中貯藏，可使其代謝或礦化，還可使其揮發(fā);去毒作用可將原來(lái)的化學(xué)品轉(zhuǎn)化為對(duì)植物無(wú)毒的代謝物如木質(zhì)素等，貯藏于植物細(xì)胞內(nèi)。影響因素:

土壤水中的濃度和植物的吸收率、蒸騰率。植物的吸收率取決于污染物的物化特性和植物本身;蒸騰作用是決定污染物吸收速率的關(guān)鍵變量，它又與多種條件相關(guān).直接吸收與植物酶有關(guān)的有機(jī)物降解非?？欤率够瘜W(xué)污染物從土壤中的解吸和質(zhì)量轉(zhuǎn)移成為限速步驟.植物死亡后，酶釋放到環(huán)境中還可以繼續(xù)發(fā)揮分解作用;但游離的酶系在低pH值、高金屬濃度和細(xì)菌毒性下會(huì)被摧毀或鈍化，而植物體內(nèi)的酶那么可得到保護(hù).釋放酶污染物通過(guò)根際吸附／吸收而進(jìn)入植物體內(nèi)；植物通過(guò)向根際分泌氨基酸、糖類等小分子有機(jī)物而刺激微生物的大量繁殖，可間接促進(jìn)污染物的根際微生物降解；植物還可通過(guò)根際向土壤輸氧，改變根際周圍的氧化復(fù)原條件．強(qiáng)化根際降解我國(guó)生態(tài)學(xué)家從雜草中篩選出重金屬超富集植物

本報(bào)訊

中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所周啟星、魏樹(shù)和等研究人員，以雜草為篩選對(duì)象，通過(guò)室外盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，蒲公英、龍葵等幾種植物具有重金屬超積累，即超富集特征。所采用的研究方法，翻開(kāi)了從幾十萬(wàn)種植物中篩選超富集植物的突破口。周啟星帶著課題組通過(guò)大量文獻(xiàn)調(diào)研，最終確定以雜草特別是農(nóng)田雜草為研究對(duì)象利用室外盆栽試驗(yàn)篩選超富集植物的方法。這一篩選方法在世界范圍內(nèi)都未見(jiàn)報(bào)道，創(chuàng)新性較為顯著。周啟星表示，以雜草為篩選對(duì)象，是因?yàn)樗鼈兙哂蓄B強(qiáng)的生命力和較強(qiáng)的吸收能力可能有利于植物對(duì)重金屬的積累，已報(bào)道的超富集植物，許多也是雜草或具有明顯的“雜草性〞；而利用室外