被污染土壤的植物修复研究

　第27卷第6期　2003年12月

物　探　与　化　探

GEOPHYSICAL&GEOCHEMICALEXPLORATION

Vol.27,No.6　Dec.,2003　

被污染土壤的植物修复研究

周　国　华

(中国地质科学院物地球物理地球化学勘查技术研究所,河北廊坊　065000)

摘要:植物修复是利用植物吸收、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。植物修复对于重金属污染土壤的治理修复具有重要意义。已有研究在累积与超累积植物的寻找筛选、植物对重金属等有害物的耐毒和解毒机理、植物修复现场环境调控及根际处理技术等方面取得了大量成果。现代分子生物学、使植物修复技术取得重大突破。

关键词:土壤污染治理;植物修复;重金属污染;超累积植物

中图分类号:P632　　　文献标识码:A-)-03

　　性热点污染时,、冲洗、热处理、固化、玻璃化、动电修复等常规治理技术或许能发挥一定的作用,但对于大面积污染区,传统治理方法在经济上是难以承受的,技术可操作性也很差。因此,探索开发新的污染治理和环境修复技术是当前环境领域的研究热点。由于植物修复具有治理效果永久性、治理过程原位性(对土壤环境扰动小)、治理成本低廉性、环境美学兼容性、后期处理简易性等经济技术优势,而成为国内外热点研究课题。

上的庭荠属植物以及欧洲铅锌矿区的锌芹菜等。

Brooks等研究认为[2,3],重金属含量超过一般植物100倍的植物属于超累积植物(hyperaccumulatorplant),即Cr、Co、Ni、Cu、Pb含量要求达1000×10-6以上,Mn、Zn含量要求达10000×10-6以上。

现已发现As、Cd、Co、Cu、Mn、Ni、Pb、Se和Zn等元素的超累积植物近千种,以Ni超累积植物为最多。Cunningham等列举了已发现的典型超累积植物种及其元素含量(表1)[4]。

表1　典型重金属超累积植物　　　10-6(干重)　　　　

元素

Cd

CoCuMnNiPb1　植物修复及超累积植物的概念

植物修复是指利用植物吸收、降解、挥发、过滤、固定等作用,净化土壤和水体中金属元素、有机污染物、放射性核素的环境修复技术。与有机污染物可降解性不同,利用植物吸收并通过收割以去除重金属元素和放射性核素,是治理土壤、水体中这类污染物的根本途径。因而,累积、超累积植物对于土壤金属污染修复具有异乎寻常的意义。

早在半个世纪以前,金属矿产的植物勘查方法研究发现,某些植物可以在富含金属元素的矿区土壤上生长良好,甚至成为优势物种,具有良好的找矿指示意义[1]。这类植物在忍耐高含量金属元素的同时往往表现出超乎寻常的金属元素吸收富集能力,通常称之为累积植物(accumulatorplant)。比较典型的如广泛分布于蛇纹岩发育形成的富Ni土壤

收稿日期:2003-09-10

基金项目:国家973项目(G19990457)资助

植物元素含量

>100>1000>1000>10000>1000>1000典型的超累积植物种名天蓝遏蓝菜(thlaspicaerulenscens)

haumaniastrumrobertii高山甘薯(ipomoeaalpina)

粗脉叶澳洲坚果(macadamianeurophylla)九节木属(psychotriadouarret)

圆叶遏蓝菜(thlaspi.Rotundifolium)()

植物地上部元素含量

1800102001230051800475008200　　与一般植物不同的是,超累积植物在重金属含量高的污染土壤以及重金属含量低的非污染或弱污染土壤上,均具强烈的吸收富集能力,并且能将所吸收的重金属元素大量运移至植物茎叶等地上部器官中。据Baker等[5]和Lasat等[6]的研究,超累积植物茎叶与根中重金属元素浓度比可达1以上,而普通植物一般远低于1。Robinson等对地中海沿岸一种Ni超累积植物(A.bertolonii)的研究表明,这一植物不仅具有治理修复Ni污染土壤的能力,而且基本满

474

物　探　与　化　探27卷　

足植物采矿的经济技术指标要求[7]。与植物采矿的技术指标相比,植物修复的要求则低得多,因此,

不少重金属累积植物、超累积植物具有巨大的土壤污染修复应用潜力。

干旱地区,蒸腾作用促使植物根系发达,可大量吸收土壤水分及浅层地下水,有效地降低浅层地下水位、增加饱气带厚度,降低了近地表土壤中污染物活动性及其向地下水迁移和在含水层内侧向运移,从而起到保护饮用水的目的。同时,饱气带的增厚,植物向根际供给氧源,可以促进有机污染物的降解。至今,英、美、德、意、澳等欧美国家已就上述植物修复方式进行了大量的研究。90年代初以来我国许多科研机构、大专院校在跟踪国外研究动态的同时,也进行了一些探索性研究工作[12,13]。

2　植物修复的主要方式

环境污染物按化学类型可分为有机污染物、重金属元素和放射性核素,按介质形态则包括土壤沉积物、尾矿砂、固体废物、污水以及大气污染等。据与环境介质、污染物的作用方式及其净化机制,可以将植物修复方式归结为以下几种。

(1)植物吸收作用(phytoextraction)。利用累积植物、超累积植物大量吸取土壤中金属元素、放射性核素,通过收获植物体并加以适当处理(2))方面作用机理:物的酶,可将吸收进入植物体内的有机污染物降解成无害的CO2和H2O等组分;通过植物根系分泌物提供碳源和氧源,促进根系环境中喜氧菌群及其它菌种的发育及活性,从而增强根际原位细菌对有机污染物的氧化降解作用。

(3)根滤作用(rhizofitration)。借助植物羽状根系所具有的强烈吸收作用,从污水中吸收、浓集、沉淀去除金属或有机污染物。根滤是水体和湿地系统植物净化的重要作用方式。

(4)植物挥发作用(phytovolalization)。利用植物根系吸收金属、类金属及有机污染物,转化成易挥发化合物,通过叶面挥发进入大气,达到减轻土壤污染的目的。已有的研究主要针对挥发性重金属元素Hg[8]和易于形成生物毒性低的挥发性有机物的元素Se[9,10]进行的。如将细菌体内的汞还原酶基因转入芥子科植物(arabidopsis)后,得到的转基因植物能忍耐、吸收土壤环境中的汞,并将汞还原成零价后挥发进入大气[11]。挥发进入大气的污染物有可能产生二次污染问题,因而此方式尚存不少疑虑。

(5)植物稳定作用(phytostabilization)。主要是利用耐重金属植物或超累积植物降低重金属的活动性,是植物修复概念的扩展和延伸。包括借助植物吸收和根际作用降低重金属的生物有效性及重金属淋滤作用,通过植被重建减轻(尾矿堆)风蚀、水蚀作用及水土流失强度,达到固定、隔绝、阻止重金属进入水体和生物链的目的。

(6)泵吸作用(hydraulicpumping)。在干旱、半

3　、、

,累积植物、超累积植物是植物修复的重点研究内容。已有研究主要涉及以下几个方面。

(1)植物修复机理的研究。主要是从分子生物学、遗传基因学角度,研究植物对金属元素的忍受解毒机理以及吸收、运移、富集累积机制。通过基因表达、转基因植物的培育初步证实了金属硫蛋白基因所起的耐毒和解毒作用、植物中单宁体等有机化合物与金属元素的螯合解毒机制等。这些机理研究成果为转基因工程技术应用提供了基础依据。由于自然界中超累积植物种属稀少,分布受地域局限,而且这类植物往往生长缓慢,生物量小,导致修复治理效率低、周期长而难于满足商业要求。将自然界中超累积的基因组移接入大生物量植物以提高植物修复的效率,是当前植物修复的重要攻关方向。

(2)累积与超累积植物的筛选。普通植物对重金属吸收富集量有限而无应用价值,筛选合适的累积、超累积植物是进行植物修复的前提。除表1 …… 此处隐藏：7731字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……