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1、植物修复在重金属污染土壤修复中的应用摘 要：目前在我国，由于各地方大力发展经济，导致了大量的环境污染问题。其中，土壤重金属污染是我国急需解决的环境问题之一，而植物修复对于重金属污染土壤的治理修复具有重要意义。植物修复是指利用植物吸收、降解、挥发、根滤、稳定、泵吸等作用机理，达到去除土壤、水体中污染物，或使污染物固定以减轻其危害性，或使污染物转化为毒性较低化学形态的现场治理技术。植物修复的方法主要有四种，植物提取、植物挥发、植物稳定及根系过滤。植物修复在应用中需要使用超积累植物，这些植物对Cr、Co、Ni、Cu、Pb、Mn、Zn等重金属元素的积累浓度很高，对重金属的去除作用效果好。但是植物修复也
2、有不足之处，需要不断的进行改进和发展。总的来说，植物修复具有较高的研究和实用价值,符合我们国家的国情，适合我国采用和发展，我国应加快深化植物修复技术基础理论和应用实践的研究，培育高效低选择性的超富集植物，并进行大量的田间试验，开拓出更为广阔的应用前景。关键词：植物修复，土壤修复，重金属污染Application of Phytoremediation in heavy metal contaminated soil remediationAbstract: At present in our country, because of the local economic development,
3、 leading to a large number of environmental problems. Among them, soil heavy metal pollution in our country is badly in need of solving environmental problem, and Phytoremediation for treatment of heavy metal contaminated soil remediation has important significance. Phytoremediation refers to the us
4、e of plant absorption, degradation, volatile, root filter, stability, pump suction mechanism, so as to remove the pollutants in water, soil, or make the pollutants fixed to reduce its harmfulness, or make the pollutants into less toxic chemical form of spot management technology. Plant repairing met
5、hod basically has four kinds, plant extract, plant volatile, stable and root filtration plant. Phytoremediation in applications require the use of exceed accumulated plant, the plant of Cr, Co, Ni, Cu, Pb, Mn, Zn and accumulation of heavy metals in high concentrations, good effect on the removal of
6、heavy metal ions. But the plant also has the deficiency, need to make continuous improvement and development . In general, phytoremediation has high research and practical value, accord with our country national condition, suitable for Chinas adoption and development, our country should accelerate a
7、nd deepen the plant repair technology basic theory and practice of cultivation, high efficiency and low selectivity of hyperaccumulator, and lots of field experiments, open up a broader application prospect . Keywords: phytoremediation; soil remediation ; heavy metal pollution 1引言土壤重金属污染是由于废弃物中重金属在土
8、壤中过量沉积而引起的土壤污染。污染土壤的重金属主要包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素。这些重金属主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等。土壤重金属污染主要来自大气沉降、农田灌溉（特别是污灌）、农药和肥料、矿山的开采和冶炼等1。据中国农业部进行的全国污灌区调查结果表明，在约140万hm2的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%，其中轻度污染土地占46.7%，中度污染占 9.7%，严重污染占8.4%，其中以Hg和Cd的污染面积最大；我国重金属污染的土壤中，Cd污染耕地1.3万hm2，涉及11省市的25个地区；Hg污染3.2万hm
9、2，涉及15个省市的21个地区2。因此，在我国耕地资源日益紧张的今天，安全有效地修复重金属污染土壤已成为紧迫任务。2土壤修复技术目前，国内外常用的土壤修复技术大致可分为物理法、化学法、生物法3。采用物理或化学方法(如热处理法和化学浸出法)修复污染土壤，虽然可以产生一定的实效，但费用昂贵、容易造成二次污染，不适于大面积应用。生物修复技术是近年来发展起来的一种有效的用于污染土壤治理的方法，包括微生物、植物和动物等修复方法，具有成本低、无二次污染和处理效果好等优点，能达到对污染土壤永久清洁修复的目的。表13 几种土壤修复技术比较类型处理名称处理成本处理面积处理效果适用污染类型环境风险应用现状物理法换
10、土法高小好有机物、重金属有工程应用客土法好有机物、重金属有工程应用热处理法较好有机物、重金属有商业化电动修复较好有机物、重金属有商业化化学法化学固定高小较好重金属有工程应用化学淋洗较好重金属、苯系物有工程应用生物法植物修复低大好重金属、有机物无工程应用微生物修复好有机物无实验室动物修复好重金属无实验室3植物修复的概念植物修复的思想是Chancy在1983年提出的，它是指利用植物吸收、降解、挥发、根滤、稳定、泵吸等作用机理，达到去除土壤、水体中污染物，或使污染物固定以减轻其危害性，或使污染物转化为毒性较低化学形态的现场治理技术4。重金属污染土壤的植物修复技术可归成4种类型5：(1)植物提取；(2
11、) 植物挥发；(3)植物稳定；（4）根系过滤。3.1植物提取植物提取技术又称植物萃取技术。重金属经植物根系吸收后，继而转移、贮存到植物茎叶，然后收割茎叶，从而达到去除土壤重金属元素的目的。植物提取技术利用的是一些对重金属具有较强富集能力的特殊植物，要求所用植物具有生物量大、生长快和抗病虫害能力强的特点，并具备对多种重金属较强的富集能力(即超富集植物)，植物提取是目前研究最多且最有发展前景的植物修复方式，此技术的关键在于寻找合适的超富集植物和诱导出超级富集体。3.2植物挥发植物挥发是利用植物根系分泌的一些特殊物质使土壤中的重金属转化为可挥发态，或者植物将土壤中的重金属吸收到体内后将其转化为气态物
12、质释放到大气中，从而净化土壤。重金属中挥发态的硒主要通过植物体内的ATP硫化酶作用，还原为可挥发的CH3SeCH3和CH3SeSeCH3，降低硒的毒性。印度芥菜对硒有较高的吸收和积累能力，种植该植物1年，土壤中硒可减少48%。表26 重金属污染植物修复技术类型修复目标污染物所用植物应用状态植物提取提取、收集污染物Ag，As，Cd，Co，CrCu， Hg， Mn，Mo， Ni， Pb， Zn，放射性元素印度芥菜、遏蓝菜、向日葵、杂交杨树、蜈蚣草实验室、中试及野外工程试验均开展植物挥发从介质中提取污染物挥发到空气中As， Se， Hg杨树、桦树、印度芥菜实验室、野外工程应用植物稳定污染物稳定As，
13、 Cd， Cr， Cu， Hg， Pb， Zn印度芥菜、向日葵工程应用根系过滤提取、收集污染物重金属，放射性元素印度芥菜、向日葵、水葫芦实验室及中试3.3植物稳定植物稳定作用的机理是利用耐受重金属植物或超积累植物吸附重金属，通过金属在根部的积累、沉淀或根表吸收来加强土壤中重金属的固定化，减少重金属在土壤中的移动性，从而减少重金属对地下水或空气的进一步污染。植物根系分泌物通过改变根际环境(pH、Eh)，使重金属的形态发生化学改变，降低重金属的毒性效应。植物的根毛可直接从土壤交换吸附重金属，增加根表固定，从而使毒性降低。植物稳定作用是原位降低重金属污染的有效途径，而不是永久性的去除土壤中污染金属的
14、方法，所以该法在应用中受到一定的限制。3.4根系过滤根系过滤作用是利用植物庞大的根系过滤、吸收、富集水体中的重金属元素，将植物收获进行妥善处理，达到修复水体重金属污染的目的。此种方法更多的应用在水体污染修复之中。适用于根系过滤技术的植物，主要有水生植物、半水生植物，也有个别陆生植物，如各种耐盐野草、向日葵、宽叶香蒲等。4植物修复技术在重金属污染土壤修复中的应用植物修复需要使用超积累植物，超积累植物是指对重金属元素的积累量超过一般植物100倍以上的植物，超积累植物积累的Cr、Co、Ni、Cu和Pb的浓度一般在0.1%以上，而积累的Mn和Zn浓度一般在1%以上，这一定义现在已经被广泛接受。到200
15、0年为止，已经发现超积累植物约为450种，广泛分布于植物界的45个科，但大多数属于十字花科植物，以超积累Ni的植物最多，并且一些植物能同时吸收和积累两种或多种重金属元素，而Zn的超积累植物约18种。植物修复技术具有巨大的市场潜力。Baker等7首次在英国的LACR-Rothcmsted田间试验研究锌污染土壤，表明土壤中含锌444g/g时，超积累植物T.caerulescens地上部分锌含量是土壤中的16倍是非超积累植物萝卜的150倍，T.caerulesens从土壤中吸收的全锌量30.1kg/hm2，T. caerulesensr的灰分中锌达200400g/kg。在水培养条件下，植株地上部分锌和镉含量分别达到200mg/kg和40mg/kg。Heaton等8利用一种转基因水生植物盐蒿和陆生植物拟南芥、烟草去除土壤中的无机Hg和甲基Hg，这些植物携有经修饰的细菌Hg还原酶基因merA，可将根系吸收的Hg2+转化成低毒的Hg0，从植物中挥发出来，而转入能表达细菌有机Hg裂解酶基因merB的植物可以将根系所吸收的甲基Hg转化成Sulthydryl结合态Hg2+，拥有这两种基因的植物可有效地将离子态Hg和甲基Hg转化为Hg0而通过植物挥发释入大气。Shengwei Pe
