土壤_植物系統(tǒng)中重金屬污染及植物修復(fù)技術(shù)

1、第25卷第2期中南林學(xué)院學(xué)報(bào)Vol.25No.22005年4月JOURNALOFCENTRALSOUTHFESTRYUNIVERSITYApr.2005?[文章編號(hào)]10002502(2005)02005904土壤植物系統(tǒng)中重金屬污染及植物修復(fù)技術(shù)郭亞平胡曰利(中南林學(xué)院湖南株洲412006)[摘要]重金屬污染對(duì)環(huán)境及人類的危害極大其治理方法一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn).闡述了土壤重金屬污染的現(xiàn)狀、危害闡述了當(dāng)前治理土壤重金屬污染的新途

2、徑——植物修復(fù)技術(shù)著重介紹了提高植物修復(fù)功效方法中提高土壤中重金屬的有效性和改進(jìn)超積累植物的性能闡述了植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用前景.[關(guān)鍵詞]環(huán)境科學(xué)土壤植物系統(tǒng)重金屬污染植物修復(fù)[中圖分類號(hào)]X53O611.4[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]AHeavyMetalPollutionthePhytemediationTechnologyintheSoilplantSystemGUOYapingHUYueli(CollegeofSciencesCentralSo

3、uthFestryUniversityZhuzhou412006HunanChina)Abstract:Heavymetalpollutionishazardoustotheenvironmenthumanhealth.Howtopreventcuretheheavymetalcontaminationisaheateddifficultproblembothathomeabroad.Thestatusquotheharmofheavy

4、metalpollutioninthesoilplantsystemarediscussedinthepaper.Thepaperalsointroducesanewcuringmethodphytemediationtocontrolheavymetalcontaminationitsapplicationprospectwiththefocusupon“enhancingthevalidityoftheheavymetalameli

5、atingthecapabilityofsuperaccumulatingplants”inthetechnology.Keywds:environmentalsciencesoilplantsystemheavymetalcontaminationphytemediation土壤是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分是人類社會(huì)的生存基礎(chǔ)[1].土壤植物系統(tǒng)是陸生生態(tài)系統(tǒng)物能循環(huán)的樞紐是聯(lián)接有機(jī)界與無機(jī)界的橋梁.由于生活污水排放、污水灌溉、大氣沉

6、降、采礦冶煉、農(nóng)藥化肥的大量施用等原因造成了該系統(tǒng)的污染尤其是重金屬污染狀況日趨嚴(yán)重.在該系統(tǒng)中發(fā)生重金屬污染后因其具有隱蔽性、不可逆性和長期性的特點(diǎn)對(duì)陸生生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成潛在的巨大威脅不僅影響植物的產(chǎn)量與品質(zhì)而且影響大氣和水環(huán)境質(zhì)量并通過食物鏈危害人類的生命和健康.因此對(duì)土壤植物系統(tǒng)重金屬污染問題進(jìn)行深入研究尤為重要[23].對(duì)于近年來出現(xiàn)的植物修復(fù)技術(shù)由于與傳統(tǒng)的化學(xué)修復(fù)以及物理和工程修復(fù)等技術(shù)手段相比它具有投資和維護(hù)成本低、操作簡便、

7、不造成二次污染、具有潛在或顯著經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn)這些優(yōu)點(diǎn)預(yù)示其將發(fā)展成為污染治理領(lǐng)域的朝陽產(chǎn)業(yè)[4]因此對(duì)其進(jìn)行研究有著重大的意義.1土壤植物系統(tǒng)中重金屬污染研究現(xiàn)狀重金屬污染是由重金屬及其化合物引起的環(huán)境污染其中主要包括Hg、Cd、Pb、Cr、Zn、Cu、Ni及類金屬As等.土壤植物系統(tǒng)中重金屬污染研究實(shí)際上涉及到工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類的生活等許多方面.環(huán)境中存在各種各樣的重金屬污染源但最主要的污染源是石化燃料、采礦、冶煉以及使用重金屬的工業(yè)

8、企業(yè).隨著污水灌溉面積的不斷擴(kuò)大污灌區(qū)土壤植物系統(tǒng)中重金屬污染問題更成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)[5].目前我國受鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積近2000萬hm2約占總耕地面積的15其中工業(yè)“三廢”污染耕地面積1000萬hm2污水灌溉的農(nóng)田面積已達(dá)330多萬hm2[6].?[收稿日期]20040910[作者簡介]郭亞平(1971)女湖南桃源人講師碩士研究生主要從事化學(xué)教育及環(huán)境科學(xué)研究.鎘的污染1953年日本水俁氮肥廠乙酸乙醛反應(yīng)管排出的含

9、有氯化甲基汞的汞渣流入水體魚、蝦、貝類食入后通過食物鏈進(jìn)入人體乃至發(fā)生了震驚世界的“水俁病”事件[17].在我國隨著污灌面積的不斷擴(kuò)大土壤重金屬的污染問題日趨嚴(yán)重如沈陽、蘭州、桂林、萍鄉(xiāng)等地重金屬污染均較明顯湖南株洲的冶煉廠和化工廠附近地區(qū)的重金屬汞、鎘、鉛的含量均超標(biāo)對(duì)人和家禽健康影響很大.土壤重金屬污染對(duì)人類健康造成的威脅引起世界各國科學(xué)工作者的普遍關(guān)注對(duì)其治理成為目前研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn).2治理土壤重金屬污染的新途徑——植物修復(fù)技術(shù)金

10、屬污染土壤的植物修復(fù)(phytemediation)技術(shù)是指利用植物修復(fù)和消除由有機(jī)毒物和無機(jī)廢氣物造成的土壤環(huán)境污染[18]是一種利用自然生長植物或遺傳工程培育植物修復(fù)金屬污染土壤環(huán)境的技術(shù)總稱它是通過植物系統(tǒng)及其根際微生物群落來移去、揮發(fā)或穩(wěn)定土壤環(huán)境污染物.根據(jù)植物整治重金屬污染土壤的作用過程和機(jī)理重金屬污染土壤的植物修復(fù)可分為以下4種類型[19]:?植物提取(Phytoextraction)?植物揮發(fā)(Phytovolaliza

11、tion)?植物穩(wěn)定(Phytostabilization)?植物轉(zhuǎn)化(Phytotransfmation).對(duì)于植物修復(fù)重金屬污染土壤的機(jī)理已有很多報(bào)道下面根據(jù)其機(jī)理談?wù)勗鰪?qiáng)植物提取修復(fù)的功效.提高植物修復(fù)功效的方法很多本文中僅從以下2方面加以闡述:提高土壤中重金屬的有效性改進(jìn)超積累植物的性能.2.1提高土壤中重金屬的有效性進(jìn)入土壤的重金屬大多吸附在土壤顆粒表面或以不溶性沉淀形式存在使其在土壤中的生物有效量較少這成了植物提取修復(fù)的一個(gè)

12、限制性因素.近幾年來對(duì)提高土壤中重金屬的有效性的研究主要集中在增加土壤溶液中有效態(tài)重金屬的濃度和利用土壤微生物增加金屬生物有效性兩方面.2.1.1增加土壤溶液中有效態(tài)重金屬的濃度調(diào)節(jié)土壤pH值:土壤酸度是影響土壤中重金術(shù)生物有效性的主要因素.Robinson等研究認(rèn)為植物體內(nèi)金屬含量與植物有效性呈正相關(guān)而與pH值呈負(fù)相關(guān)即降低pH值可以提高土壤溶液中有效態(tài)重金屬的濃度[20].因此可以施用銨態(tài)氮肥或土壤酸化劑等來改變土壤環(huán)境從而增加土壤

13、中重金屬的可利用性.?添加絡(luò)合劑.這方面已有大量研究[1]如Wu和Luo實(shí)驗(yàn)得出添加EDTA可顯著提高土壤溶液中總有機(jī)碳、Cu、Zn、Pb和Cd濃度Wenzel等研究得出各種絡(luò)合劑對(duì)土壤Pb的解吸活化順序?yàn)镋DTAHEDTACDTA=DTPAEGTAHEIDAEDDHANTA.添加絡(luò)合劑能提高土壤溶液中金屬濃度是由于土壤中加入的絡(luò)合劑能與土壤溶液中的金屬離子配位形成配合物從而減少了游離的金屬離子為補(bǔ)償平衡吸附在土壤顆粒表面或不溶性的金屬

14、離子開始溶解進(jìn)入土壤溶液.?土壤的氧化還原電勢作用.氧化還原電勢不同金屬存在的形態(tài)也不同.提高土壤的電勢金屬會(huì)從還原態(tài)變成氧化態(tài)反之會(huì)從氧化態(tài)變成還原態(tài)因此可以根據(jù)不同金屬的不同形態(tài)在土壤溶液中溶解度不同來調(diào)節(jié)土壤的氧化還原電勢進(jìn)而提高土壤溶液中重金屬的濃度如Cr3被氧化為Cr6可以增加鎘在土壤溶液中的濃度而砷酸鹽被還原為亞砷酸鹽時(shí)可以增加砷在土壤溶液中的濃度.除以上幾種因素外金屬有效性的提高還與土壤中的養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)作用、電滲透作用、重

15、金屬之間的相互作用、植物根系分泌物[21]及水分含量等因素有關(guān).2.1.2利用土壤微生物增加金屬生物有效性有研究表明在厭氣和好氣條件下無菌土壤中沒有鎘放出來而有菌土壤中有大量的固態(tài)和結(jié)合態(tài)鎘被活化使土壤中鎘的有效性明顯增加[6].Mench等[22]發(fā)現(xiàn)燕麥根系分泌物通過溶解鐵氧化物增加Zn、Cd等的生物有效性[20].有研究說明超積累植物能夠吸收土壤溶液中的難溶態(tài)礦質(zhì)元素這可能與植物根際存在特殊的微生物區(qū)系有關(guān)[23].通過根際微生物

16、可以加速植物吸收某些礦物質(zhì)如鐵和錳[24].根際內(nèi)以微生物為媒介的腐殖化作用可能是提高金屬植物可利用性的原因[24].2.2改進(jìn)超積累植物的性能雖然利用植物修復(fù)技術(shù)處理土壤重金屬污染的應(yīng)用前景廣闊但目前尚存在一些問題。主要體現(xiàn)在以下兩方面[25]:一方面大多超積累植物只對(duì)某種金屬起作用而土壤的重金屬污染大多為幾種重金屬的復(fù)合污染另一方面超積累植物大多生長緩慢生物量很少且干物質(zhì)積累少這就影響了修復(fù)效果.要解決這些問題就須改進(jìn)超積累植物的性