科技创新论文-重金属污染土壤植物修复技术研究与应用现状

重金属污染土壤植物修复技术研究与应用

现状

摘要：当前，土壤受重金属污染状况在国内外都很严重，受到了越来越多的关注。植物修复技术是新近发展起来的一项用于处理土壤重金属污染的生态技术，其机理主要是通过某些植物对重金属元素的吸收、积累和转化，达到减轻重金属污染土壤的目的。主要介绍植物修复技术的原理、机制、类型及植物修复中的新技术——螯合剂的强化修复。同时也论述了当前国内外植物修复技术的研究进展及应用现状与实例。

关键字：植物修复；污染土壤；螯合剂；研究进展。

0 引言

土壤作为环境的主要组成部分,为人类提供生存所必需的各种营养物质,但是随着工矿业的迅速发展,含重金属废水的农田灌溉、汽车尾气排放、污泥的农业利用以及矿区飘尘的沉降,许多土壤已经或即将被重金属污染。土壤被重金属污染后,不但肥力下降,直接影响作物产量和品质,而且会通过食物链的“生物放大”作用对人体健康造成极大的威胁。有害重金属在土壤系统中所产生的污染过程具有隐蔽、不可逆和后果严重的特点,治理难度大、费用高。因此,土壤系统中重金属污染的治理一直是国际性的难题和热点研究问题。

中国土壤污染除Cd、Hg污染外，Pb、As、Cr和Cu的污染也比较严重。中国目前农药、重金属等污染的土壤面积已达上千万hm2，污染的耕地约有0.1亿hm2，约占耕地总面积的10%以上，多数集中在经济较发达的地区，全国每年受重金属污染的粮食多达1 200万t，因重金属污染而导致粮食减产高达1 000多万t，合计经济损失至少200亿元

[4，5]

[3]

[2]

[1]

。

为了控制和治理已被污染的土壤,目前,国内外用来降解或消除土壤重金属的基本方法分为物理法、化学法和生物修复法等三大类,但是前两类方法往往投资昂贵,需用复杂的设备,大多数只能暂时缓解重金属危害,而且有可能造成二次污染。植物修复技术是新近发展起来的一种用于处理土壤重金属污染的安全、低成本、可以广泛应用的原位生物修复技术，其机理主要是通过某些植物对重金属元素的吸收、积累和转化，达到减轻重金属污染土壤的目的。

1植物修复技术的定义及原理

1983年,美国科学家Chaney首次提出了利用某些能够富集重金属的植物来清除土壤重金属污染的设想——植物修复技术的设想,与传统方法相比,这项技术以其高效、经济和生态协调性等优势显示出巨大的生命力,很快成为一个研究热点。依据美国环保局的定:广义上

[7]

[6]

的植物修复是指利用植物吸收、提取、分解、转化或固定土壤、沉积物、污泥或地表、地下水中有毒有害污染物的技术的总称。而狭义的植物修复技术主要是利用植物清除污染土壤中的重金属。

2 植物修复技术的机制及类型

植物修复技术（phytoremediation）是以植物忍耐和超积累某种或某些化学元素的能力为基础，利用植物及其共存微生物体系清除环境中污染物的一种污染治理技术．根据其作用过程和机理，重金属污染土壤的植物修复技术分为三类，即植物吸取（phytoextraction），植物挥发(phytovolatilization)和植物稳定(phytostabilization)。 2．1 植物吸取(Phytoextraction)

植物吸取最早是Chaney提出的,即利用重金属富集能力较高的植物的吸收和转运,将土壤中的一种或几种重金属转移并储存在地上部分,随后收获地上部分并集中处理。能应用于植物提取的植物往往是一些超积累植物。目前已经发现超积累植物500多种,广泛分布于45个科,其中Ni的超积累植物最多,主要是十字花科的庭荠属,据报道,红根苋可富集137Cs,对切尔诺贝利核电站1986年泄露后大面积土壤的核污染放射性进行植物修复有较大潜力。植物提取的关键要求所用的植物生长快、生物量大、抗病虫能力强,并具备较强的多种重金属的富集能力。

2．2 植物挥发(Phytovolatilization)

植物挥发指通过植物的吸收促进某些重金属转移为可挥发态,挥发出土壤和植物表面, 向大气挥发的速度以不构成生态危险为限，达到治理土壤重金属污染的目的。有些元素如Se、As和Hg通过甲基化挥发,大大减轻土壤的重金属污染。如烟草能使毒性大的二价汞转化为气态的汞,洋麻可以使土壤的47%的三价硒转化为甲基硒挥发去除

[9]

[10]

[8]

,海藻能吸收并挥

发砷,其机理是把(CH3)2ASO3挥发出体外。现代分子生物技术和基因工程的介入,使得植物挥发技术有了更大的发展,如Meagther等将细菌中的Hg还原酶修饰基因转入拟南芥中发现这种转基因植物所表现出来的Hg还原酶可以从溶液或介质中产生挥发态的Hg

[11]

。这一方法

只适用于挥发性污染物,所以应用范围小,并且将污染物转移到大气中对人类和生物有一定的风险。

2．3 植物稳定(Phytostabilization)

植物稳定指的是利用植物根际的一些特殊物质使土壤中污染物转化为相对无害物质的一种方法,从而减少其对环境和人类健康的风险。在这过程中土壤重金属的含量并不减少,

只是暂时将其固定,其中包括分解、螯合、氧化还原等多种过程。植物在植物稳定中主要有两种功能:一是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;另一种是通过金属根部的积累和沉淀或根表吸持来加强土壤中污染物的固定。如植物能使六价铬变为三价铬

[12]

,使其固化。植物稳定技术对废弃的重金属污染和放射性核元素污染物尤为重要,原地

固定这两类污染物是上策,可以降低风险,减少异地污染,目前这项技术已经在矿区污染修复中使用。

相对而言，植物吸取是一种永久去除土壤中重金属的重要方法。影响植物吸取技术的主要限制因素是土壤重金属的生物有效性和重金属从植物根向地上部分转移的能力。重金属在土壤中一般以多种形式贮存，不同的化学形态对植物的有效性不同。重金属生物有效态是指能被该地生存的生物（通常为植物）所吸收的那部分重金属

[13]

，植物吸取的首要目标是减少

土壤有效态重金属浓度，而不是土壤重金属总量，所以植物吸取技术的效率在很大程度上取决于对重金属有效态的吸收

[14]

。

3 螯合剂的强化吸收

植物高效修复的关键是通过调节土壤环境来提高重金属的生物有效性。重金属的活化取决于植物种类、土壤微生物及土壤改良剂。首先，植物本身对土壤重金属有活化作用

[15]

，其

次，土壤微生物对土壤重金属具有活化或固定作用。此外，土壤改良剂也可活化土壤重金属。土壤改良剂包括螯合剂、土壤酸化剂，它们能促进植物对重金属的吸收和富集。

螯合剂可以通过与土壤溶液中的重金属离子结合，改变重金属在土壤中的存在形态，使重金属从土壤颗粒表面解吸，由不溶态转化为可溶态，从而大大活化土壤中的重金属，为淋洗或植物的吸收创造有利条件。研究

[16]

表明：印度芥菜幼苗培养在含0.9 mmol/kg Cd+1

mmol/kg螯合剂和不加螯合剂的土壤内4个星期，发现前者体内Cd含量达875μg/g，后者只有164μg/g．也有报道

[15]

，通过转变氮磷钾肥料内硫酸根为氯化物的形式，可以避免植

物吸收硫酸盐和硒酸盐之间的竞争。因此，在重金属污染土壤的植物修复法中，螯合剂的应用受到广泛的关注。 3.1螯合剂种类

在土壤重金属污染修复应用及研究中采用的螯合剂主要有2大类型。第一类是氨基多羧酸类（aminopolycarboxylic acids,APCAs），如人工合成的螯合剂EDTA（ …… 此处隐藏：5067字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……