重金屬的植物修復(fù)

1、重金屬的植物修復(fù)重金屬的植物修復(fù)摘要摘要本文綜述了重金屬植物修復(fù)的基本機(jī)理、目前的進(jìn)展和展望。目前植物修復(fù)重金屬主要包括了植物提取、植物揮發(fā)、植物固化和根系過(guò)濾等幾種技術(shù)，通過(guò)在植物體吸收轉(zhuǎn)化、與植物體內(nèi)物質(zhì)絡(luò)合和轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)入大氣等機(jī)理減輕重金屬的污染程度。重金屬種類及其形態(tài)、溫度、pH和根系微生物等因素都會(huì)影響植物修復(fù)的效率。植物修復(fù)與傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)相比，具有很大的優(yōu)越性，但同時(shí)也有其局限性。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：重金屬污染，植物修

2、復(fù)，超積累植物引言引言隨著工業(yè)的發(fā)展，土壤和水域的重金屬污染已成為全球一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)約有3萬(wàn)多hm2土地受汞的污染，有1萬(wàn)多hm2土地受鎘的污染，每年僅生產(chǎn)“鎘米”就達(dá)5萬(wàn)t以上，而每年因污染而損失的糧食約1200萬(wàn)t[1]。重金屬污染具有穩(wěn)定性高、不可逆和后果嚴(yán)重等特點(diǎn)至今沒(méi)有找到理想的治理方法，而傳統(tǒng)的工程、物理和化學(xué)等手段因耗資大、易產(chǎn)生二次污染等原因限制了其在修復(fù)重金屬上的應(yīng)用，因此需要探索在不破壞生態(tài)環(huán)境的情況下

3、治理重金屬污染的新途徑[2]。植物修復(fù)(Phytemediation）是利用綠色植物來(lái)轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化土壤或水體中的污染物使其對(duì)環(huán)境無(wú)害[3]。植物修復(fù)的對(duì)象是重金屬、有機(jī)物或放射性元素污染的土壤及水體。植物修復(fù)是一種很有潛力、正在發(fā)展的清除環(huán)境污染的綠色技術(shù)也是一門正在崛起并涉及土壤學(xué)、植物學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程學(xué)、環(huán)境工程等多門學(xué)科的新興邊緣學(xué)科。它具有成本低、不破壞土壤和河流生態(tài)環(huán)境、不引起二次污染等優(yōu)點(diǎn)。自20世紀(jì)90年代以來(lái)

4、植物修復(fù)成為環(huán)境污染治理研究領(lǐng)域的一個(gè)前沿性課題[4]。1.植物修復(fù)重金屬的途徑植物修復(fù)重金屬的途徑重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)主要有：植物提取(Phytoextraction)、植物揮發(fā)(phytovolatilization)、植物穩(wěn)定或固化(Phytostabilization)和根系過(guò)濾(Rhizofiltration)。1.1植物提取植物提取植物提取是利用重金屬富集能力較高的植物的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，將土壤中的一種或幾種重金屬轉(zhuǎn)移并儲(chǔ)存在地

5、上部分，隨后收獲地上部分并集中處理。能應(yīng)用于植物提取的植物往往是一些超積累植物[5]。超積累植物(Hyperaccumulat)是指在地上部能夠較普通作物累積10500倍重金屬的植物[6]。積累的CrCoNiCaPb的含量一般在0.1%(干重)以上，積累的MnZn含量一般在1%(干重)以上。目前已發(fā)現(xiàn)能富集重金屬的超積累植物500多種，其中有360多種是富集Ni的植物[7]。而這些植物主要集中在十字花科。植物提取的關(guān)鍵是所用的植物生長(zhǎng)快

6、、生物量大、抗病蟲能力強(qiáng)，以及具備較強(qiáng)的多種金屬的富集能力[5]。1.2植物揮發(fā)植物揮發(fā)植物揮發(fā)指通過(guò)植物的吸收促進(jìn)某些重金屬轉(zhuǎn)移為可揮發(fā)態(tài)，揮發(fā)出土壤和植物表面，達(dá)到治理土壤重金屬污染的目的。有些元素如Se、As和Hg通過(guò)甲基化揮發(fā)，大大減輕土壤的重金屬污染。運(yùn)用分子生物學(xué)技術(shù)將細(xì)菌體內(nèi)對(duì)汞的抗性基因(汞還原酶基因)轉(zhuǎn)導(dǎo)到植物(如煙草和郁金香)中，進(jìn)行汞污染的植物修復(fù)。研究證明，含抗性基的植物，可以在通常生物中毒的汞濃度條件下生長(zhǎng)，而

7、且還能將吸取的汞還原成揮發(fā)性的單質(zhì)汞[8]。但植物揮發(fā)將土壤中的重金屬轉(zhuǎn)移至大氣，其應(yīng)用有一定的局限性。1.3植物固化植物固化使鉛活性下降，從而降低了植物的吸收量[14]。3.3根系微生物根系微生物菌根真菌除了菌絲本身能夠吸收重金屬外，其侵染植物根系后改變根系分泌物的數(shù)量和組成進(jìn)而影響根際圈內(nèi)重金屬的氧化狀態(tài)同時(shí)也能使根系生物量、根長(zhǎng)等發(fā)生變化從而影響重金屬的吸收和轉(zhuǎn)移。根際圈細(xì)菌對(duì)重金屬的吸附可以降低其可移動(dòng)性和生物有效性從而對(duì)污染土

8、壤起到修復(fù)作用[15]。3.3溫度溫度溫度會(huì)影響到植物的生長(zhǎng)，在最適溫度時(shí)職務(wù)的生長(zhǎng)最快，得到的生物量最大，重金屬的修復(fù)速度加快。同時(shí)溫度也影響到重金屬離子的活性、水體泥對(duì)重金屬的吸附等等。3.4重金屬與其它元素的作用重金屬與其它元素的作用Cd和Zn通常是伴隨而生的，具有相似的化學(xué)性質(zhì)和地球化學(xué)行為，因而Zn具有拮抗Cd被植物吸收的特性。實(shí)驗(yàn)證明，土壤中適宜的CdZn比，可以抑制植物對(duì)Cd的吸收[16]。另外，重金屬也可與養(yǎng)分元素發(fā)生作

9、用，對(duì)根系吸收位進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)或者影響植物的生理生化過(guò)程。如施加氮肥可以促進(jìn)植物對(duì)水體中鎘的吸收。4.植物修復(fù)重金屬污染土壤或水域的優(yōu)缺點(diǎn)：植物修復(fù)重金屬污染土壤或水域的優(yōu)缺點(diǎn)：植物修復(fù)最為新型的綠色污染處理方式，與傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)相比有其優(yōu)越性。首先作為一種生物修復(fù)它的首要特點(diǎn)是投資和維護(hù)的成本低、操作簡(jiǎn)單，不需要大量機(jī)械設(shè)備或進(jìn)行工廠建設(shè)。其次，不需要添加化學(xué)試劑，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。第三，處理過(guò)程可與城市景觀結(jié)合，有良好的生態(tài)效益。第四是可通

10、過(guò)收割、灰化植物體提取金屬。另外這是一種原位修復(fù)，從而也降低了投入。但是植物修復(fù)也有其劣勢(shì)，如超積累植物往往植株矮小，生物量較低，生長(zhǎng)速度慢，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)。由于植物富集能力的限制，植物修復(fù)的時(shí)間比其他方式要長(zhǎng)，而且要占用比較大的土地面積。受到土壤水分、鹽度、酸堿度的影響，植物修復(fù)很難在實(shí)際中應(yīng)用。另外引入的超富集植物和轉(zhuǎn)基因植物對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)的影響還需要慎重考慮。如果引入不當(dāng)，那可能會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)匚锓N產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。5.重金屬植物修復(fù)的前景重金

11、屬植物修復(fù)的前景近30年來(lái)植物修復(fù)已成為生態(tài)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，我國(guó)的起步相對(duì)較晚，但近年來(lái)也加大了研究力度。我國(guó)的植物資源豐富，為篩選生長(zhǎng)速度快、生物量高的超富集植物提供了條件。另外隨著分子生物技術(shù)、基因工程的發(fā)展，將外源基因?qū)胫参矬w得到超富集植物或者具有特定可轉(zhuǎn)化重金屬的植物為植物修復(fù)提供了更大的發(fā)展空間。目前重金屬在植物體內(nèi)的作用機(jī)理上有很多未解決的問(wèn)題，仍需要對(duì)機(jī)理進(jìn)行深入研究。次外可將植物修復(fù)與其他修復(fù)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，復(fù)合型的

12、修復(fù)技術(shù)可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，更高效地進(jìn)行污染修復(fù)。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1].陳懷滿.土壤植物系統(tǒng)中的重金屬污染[M].北京：科技出版社，1996.[2].劉素純，蕭浪濤，王惠群，童建華.植物對(duì)重金屬的吸收機(jī)制與植物修復(fù)技術(shù)[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2004Vol30(5):493498[3].LszlErdeiGbMezsiImreMcsImreVassFerencFgleinLszlBulik.PhytemediationasA

13、ProgramfDecontaminationofHeavymetalPollutedEnvironment[J].ActaBiologicaSzegediensis.2005Vol49(12):7576[4].RovinsonBRussellCHedleyMetal.Cadmiumadsptionbyrhizobacteria:ImplicationsfNewZealpasture[J].AgricEcosystEnviron.200