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1、土壤重金属污染的植物修复技术目录目录（contents）1 1 重金属植物修复技术机理概述重金属植物修复技术机理概述2 2 重金属污染修复植物种类及超累积重金属污染修复植物种类及超累积/ /富集植物生理机制富集植物生理机制3 3 重金属植物修复技术的研究和应用现状重金属植物修复技术的研究和应用现状4 4 重金属污染植物修复技术案例分析重金属污染植物修复技术案例分析5 5 重金属植物修复技术现存问题及改善措施重金属植物修复技术现存问题及改善措施重金属植物修复技术重金属植物修复技术重金属植物修复技术重金属植物修复技术机理概述机理概述重金属植物修复技术术土壤重金属污染植物修复技术土壤重金属污染植物修
2、复技术植物修复技术是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染的理论为基础，利用植物及其共存微生物体系消除环境中的污染物的一门环境污染治理技术。 与传统修复方法相比，该技术成本低、过程简单，且环境友好。植物修复一般针对污染环境的重金属。技术研究发展历程简述a. a. 50-7050-70年代开始植物修复技术理论研究年代开始植物修复技术理论研究 这一阶段的研究工作使人们初步认识了植物忍耐重金属的机理，这一阶段的研究工作使人们初步认识了植物忍耐重金属的机理，提出了回避机制、排除机制、细胞壁作用机制、重金属进入细胞质机提出了回避机制、排除机制、细胞壁作用机制、重金属进入细胞质机制、重金属与各种有机酸结合机制
3、、酶适应机制、渗透调节机制等。制、重金属与各种有机酸结合机制、酶适应机制、渗透调节机制等。这些这些“机制机制”的提出，使人们对植物忍耐重金属的机理有了一个较为的提出，使人们对植物忍耐重金属的机理有了一个较为全面的认识。全面的认识。b. b. 70 70 年代至年代至 90 90 年代初对超积累植物的研究年代初对超积累植物的研究 19771977年年BrooksBrooks提出了超积累植物的概念，提出了超积累植物的概念，19831983年年haneyhaney提出了利提出了利用超积累植物消除土壤重金属污染的思想。随后用超积累植物消除土壤重金属污染的思想。随后, ,有关耐重金属植物有关耐重金属植物
4、与超积累植物的研究逐渐增多，植物修复作为一种安全、廉价的污染与超积累植物的研究逐渐增多，植物修复作为一种安全、廉价的污染土壤的治理技术被提出，并成为研究和开发的热点。土壤的治理技术被提出，并成为研究和开发的热点。c. c. 90 90 年代后，利用基因工程改造超级累植物年代后，利用基因工程改造超级累植物 20 20 世纪世纪 90 90 年代至今，转基因技术在植物修复中的应用日臻成熟。年代至今，转基因技术在植物修复中的应用日臻成熟。鉴别和分离出的基因种类有所增加，应用范围不断扩大，科技手段和技鉴别和分离出的基因种类有所增加，应用范围不断扩大，科技手段和技术水平不断提高，逐步形成了一套比较完善的
5、理论和技术体系。在理论术水平不断提高，逐步形成了一套比较完善的理论和技术体系。在理论研究的同时，国外在植物修复技术的开发与推广方面也做了大量的开创研究的同时，国外在植物修复技术的开发与推广方面也做了大量的开创性工作。性工作。 技术研究发展历程简述重金属植物修复技术1 植物修复技术分类植物修复技术分类2 植物与重金属污染物作用机理植物与重金属污染物作用机理3 植物积累重金属污染物的环境因素作用机理植物积累重金属污染物的环境因素作用机理重金属植物修复技术1、植物修复几种模式、植物修复几种模式植物挥发：植物挥发：植物过滤：植物过滤：植物稳定：植物稳定：植物提取：植物提取：植物转化：植物转化：植物辅助
6、植物辅助生物修复生物修复植物将挥发性污染物吸收到体内后再将其转化为植物将挥发性污染物吸收到体内后再将其转化为气态气态物质物质，释放到大气中。，释放到大气中。二甲基硒、二甲基二硒二甲基硒、二甲基二硒指污染物被植物根系吸收后通过体内代谢活动来指污染物被植物根系吸收后通过体内代谢活动来过滤、降解污染物质的毒性。过滤、降解污染物质的毒性。Cr6+ Cr3+利用特定植物的根或植物的分泌物固定重金，以降低其生物利用特定植物的根或植物的分泌物固定重金，以降低其生物有效性。有效性。不易移动的物质不易移动的物质利用植物对重金属的吸收，通过利用植物对重金属的吸收，通过收获地上部收获地上部来达到减少来达到减少土壤重
7、金属的目的。土壤重金属的目的。植物吸收污染物后，在体内同化污染物或释放出某种酶，植物吸收污染物后，在体内同化污染物或释放出某种酶，将有毒物质降解为无毒物质将有毒物质降解为无毒物质通过土壤中植物根系及其周围微生物的活动，把有机污染通过土壤中植物根系及其周围微生物的活动，把有机污染物分解为小分子产物，或完全矿化为物分解为小分子产物，或完全矿化为CO2.H2O，去除其毒，去除其毒性性植物提取01植物挥发02 植物稳定03根系过滤04植物修复技术分类01植物提取重金属植物修复技术植物的提取植物的提取利用金属积累植物或超积累植物将土壤中的金属萃取出来，富集并搬运到植物根部可收割部分和植物地上的枝条部位。
8、适合植物萃取的理想植物应具有忍耐和积累高含量污染物；生长速度快、周期短、生物量高、个体高大；植物对农业措施如施肥等产生积极的反应，利于反复种植，多次收割。目前常用植物有：芸苔属植物（印度芥菜等）、油菜、工业用的大麻等。印度印度芥菜在高浓度可溶性芥菜在高浓度可溶性Pb营养液中培养一段时间后营养液中培养一段时间后,茎中茎中Pb含量达到含量达到1.5；印度芥菜还能吸收积累印度芥菜还能吸收积累Cr、Cu、Zn、Cd 、Ni等重金属等重金属植物提取应用植物提取应用重金属植物修复技术重金属植物修复技术蜈蚣草，学名肾蕨，是一种多年生草本植物，在长江以南地区分布广泛。在湖南各地，漫山遍野的蜈蚣草展现出顽强的生
9、命力。它可吸附砷、铅等重金属并转移到地面的枝叶里，其中它吸收土壤中砷的能力超过普通植物20万倍。蜈蚣草重金属植物修复技术东南东南景天景天(Sedum alfredii H)由杨肖娥等发现的第一种由杨肖娥等发现的第一种Zn 超富集植超富集植物物。地上部的地上部的Zn含量达含量达5000ppm.富集系数达富集系数达1.9以上。以上。 即利用鳌合剂即利用鳌合剂, ,通过施用鳌合剂使土壤固相键合的金属释放，增加土壤溶液中的通过施用鳌合剂使土壤固相键合的金属释放，增加土壤溶液中的重金属浓度，大幅度提高植物对重金属的吸收和富集能力。重金属浓度，大幅度提高植物对重金属的吸收和富集能力。 适用于在土壤中极难移
10、动的污染元素适用于在土壤中极难移动的污染元素印度芥菜、玉米、印度芥菜、玉米、向日葵、蚕豆向日葵、蚕豆螯合剂（螯合剂（EDTAEDTA、HEDTAHEDTA和和CDTACDTA）对铅、锌、镉和铜对铅、锌、镉和铜的富集增加的富集增加诱导植物提取技术鳌合剂的施用可使玉米、豌豆地上部Pb含量从小于5OOmg/kg增加到大于10000mg/kg。玉米、豌豆地上部分的Pb含量原始5007010000mg/kg诱导植物提取技术02植物挥发 植物挥发是利用植物根系分泌的一些特殊物质或微生物使土壤中的污染物（主要是Hg、Se、As）吸收到植物体内后转化为气态物质，挥发出土壤和植物表面，释放到大气中。植物挥发要求
11、被转化后的物质毒性要小于转化前的污染物质，以减轻环境危害。重金属植物修复技术其机理是利用植物根系吸收金属，将其转化为气态物其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。目前研究较多的质挥发到大气中，以降低土壤污染。目前研究较多的是是HgHg和和SeSe. .HgHg2+2+SeSe3+3+HgHg2+2+CH3SeCH3 +CH3Se2CH3 （气态）（气态）洋麻、洋麻、紫云英、紫云英、印度芥印度芥菜菜Hg2+Hg携有细菌携有细菌Hg还原酶还原酶基因基因merA的的植物植物低低毒毒SeSe3+3+Se3+ATP硫化酶硫化酶植物挥发技术 植物挥发为环境中具有生物毒
12、性汞的去除提供了一种潜在的可能性。植物挥发为环境中具有生物毒性汞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，利用植物挥发修复重金属污染，应以不损害大气质量为前提。考虑，利用植物挥发修复重金属污染，应以不损害大气质量为前提。植物挥发技术重金属植物修复技术植物与重金属污染物作用机理植物与重金属污染物作用机理植物挥发植物挥发植物的挥发与植物吸收是相连的。它是利用植物的吸取、积累、挥发而减少土壤污染物，即利用一些植物来促进重金属转变为可挥发的形态，并将之挥发出土壤或植物表面。目前这方面研究最多
13、的是类金属元素 Hg 和非金属元素 Se。以汞的以汞的去除为去除为例：例：植物吸收Hg()植物体内Hg()merAMerA甲基汞(MeHg厌氧菌植物吸收植物体内MeHgMerBHg()+CH4基因导入merB03植物固定 是指是指利用一些植物来促进重金属转变为低毒性形态的过程。在这一过程中，利用一些植物来促进重金属转变为低毒性形态的过程。在这一过程中，土壤的重金属含量并不减少，只是形态发生变化。土壤的重金属含量并不减少，只是形态发生变化。 分解、沉淀、螯合、分解、沉淀、螯合、氧化还原等过程氧化还原等过程土壤PbPbPbPb植物根系惰性Pb土壤Cr6+Cr3+KumarKumar等等在在含含铅铅
14、625mg/ 625mg/ kg kg 的的土土壤壤盆盆栽栽处处理理中中种种植植印印度度芥芥菜菜 , , 3 3个个星星期期后后使使淋淋溶溶液液中中的的铅铅含含量量由由740740g/mLg/mL下降到下降到2222g/ mLg/ mL。生物有效性最强毒性减弱印度芥菜印度芥菜植物固定技术植物植物稳定稳定功能功能(1) 保护污染土壤不受侵蚀，减少土壤渗漏来防止金属污染物的淋移；(2) 通过在根部累积和沉淀或通过根表吸收金属来加强对污染物的固定。 此外，植物还可以通过改变根际环境（PH，PE）来改变污染物的化学形态。 在这个过程中根际微生物（细菌和真菌）也可能发挥重要作用。 例如 Cr6+具有较高
15、的毒性，而通过转化形成的 Cr3+溶解性很低，基本没有毒性。 Cunningham 等研究了植物对环境中土壤 Pb 的固定，发现一些植物可降低 Pb 的生物可利用性，缓解 Pb 对环境中生物的毒害作用。重金属植物修复技术缺点缺点：植物稳定并没有彻底清除土壤中的重金属只是将其固定，使其对环境中的生物暂时不产生毒害作用，没有从根本上解决重金属的污染问题。如果环境条件发生变化，重金属的生物有效性又会发生改变。因此植物稳定的持久性令人怀疑。植物固定技术04根系过滤指利用植物根部过滤、沉淀土壤、富集污染物指利用植物根部过滤、沉淀土壤、富集污染物。适适用用于于根根际际过过滤滤技技术术的的植植物物必必须须有
16、有较较大大的的根根系系生生物物量量，最最好好是是须须根植物根植物目目前前用用于于根根系系过过滤滤的的植植物物有有向向日日葵葵、印印度度芥芥菜菜、宽宽叶叶、香香蒲蒲及及烟烟草草等等。根根系系过过滤滤主主要要用用于于重重金金属属污污染染的的土土壤壤，也也可可以以是是放放射射性性核核素如素如U、Cs或或Sr污染的水体。污染的水体。水科植物浮萍和水葫芦水科植物浮萍和水葫芦可有效吸收清除水体中可有效吸收清除水体中的的Cd，Cu和和As等重金等重金属。属。根系过滤技术重金属植物修复技术 植物积累重金属污染物的环境因素作用机理植物积累重金属污染物的环境因素作用机理从环境条件的角度看，污染物的可修复性并不是污染物本身固有的，而是环境从环境条件的角度看，污染物的可修复性并不是污染物本身固有的，而是环境状态表现的结果改变了环境状态，本来难以修复的污染物可能变得易修复了。状态表现的结果改变了环境状态，本来难以修复的污染物可能变得易修复了。影响植物修复的因素影响植物修复的因素 PH 值Eh（氧化还原电位）共存物质污染物的交互作用生物因子重金属植物修复技术植物积累重金属污染物的环境因素作用机理植物积累重金属污染
