土壤重金屬污染的植物修復(fù)及超富集植物的研究進(jìn)展

1、土壤重金屬污染的植物修復(fù)及超富集植物的研究進(jìn)展陳婧1,林振景2,孟媛媛1,王博1,宋瑜1(1. 中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院,河北秦皇島066004;2. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院,河北秦皇島066000摘要:土壤重金屬污染的植物修復(fù)是污染整治的重要手段之一。近年來對(duì)植物修復(fù)的研究日益增加,工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通是土壤中污染物的三大主要來源。目前重金屬污染土壤植物修復(fù)主要包括植物穩(wěn)定、植物提取和植物揮發(fā)。由于超富集植物存在生物量小、生長(zhǎng)緩慢的缺點(diǎn),更應(yīng)該關(guān)注具有高生物量的重金屬耐(抗性植物。關(guān)鍵詞:重金屬;土壤污染;植物修復(fù);超富集植物中圖分類號(hào):X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1008-813(201101

2、-0069-03收稿日期:2011-01-10基金項(xiàng)目:重金屬污染土壤超富集植物的篩選及其對(duì)Cd 脅迫的響應(yīng)(2010167作者簡(jiǎn)介:陳婧(1982,女,河北秦皇島人,畢業(yè)于河北科技大學(xué)環(huán)境工程專業(yè),碩士,主要研究土壤污染修復(fù)。土壤重金屬污染是由于廢棄物中重金屬在土壤中過量沉積而引起的土壤污染。污染土壤的重金屬主要包括汞、鎘、鉛、鉻和類金屬砷等生物毒性顯著的元素,以及有一定毒性的鋅、銅、鎳等元素。這些重金屬主要來自農(nóng)藥、廢水、污泥和大氣沉降等,如:汞主要來自冶金工業(yè)、火力發(fā)電等過程中排放的含汞廢水,鎘、鉛污染主要來自冶煉排放和汽車廢氣沉降,砷則被大量用作殺蟲劑、殺菌劑、殺鼠劑和除草劑。在我國(guó),

3、由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市化和工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,有相當(dāng)數(shù)量土壤受到農(nóng)用化學(xué)品和工業(yè)三廢的污染,土壤質(zhì)量日趨下降。尤為嚴(yán)重的是,重金屬在土壤中所Research Progress on Phytoremediation for Heavy MetalContamination in Soil and HyperaccumulatorsChen Jing 1,Lin Zhenjing 2,Meng Yuanyuan 1,Wang Bo 1,Song Yu 1(1.Environmental Management College of China,Qinhuangdao Hebei 066004;2.Ocean

4、College of Hebei Agricultural University,Qinhuangdao Hebei 066000Abstract :Phytoremediation for heavy metal contamination in soil is one of the important methods of pollution treatment.The research on phytoremediation is increasing in recent years.The three main factors of soil pollution are industr

5、y,agriculture and transportation.At present,the main phytoremediation methods contain phytostabilization,phytoextraction and phytovolatilization.Because hyperaccumulation have shortcomings,such as small biomass and slow growth,we should pay more attention to heavy metal resistance plant with high bi

6、omass.Key words :heavy metal ;soil contamination ;phytoremediation ;hyperaccumulator第21卷第1期2011年2月中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)JOURNAL OF EMCCVol.21 No.1Feb. 20112011年2月中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)產(chǎn)生的污染過程具有長(zhǎng)期性、隱蔽性和不可逆性,所以對(duì)其防治就顯得尤為困難和重要。治理重金屬污染的途徑主要有兩種:一種是將重金屬?gòu)耐寥乐修D(zhuǎn)移走,一種是改變重金屬在土壤中的存在形式,使其穩(wěn)定。就目前的技術(shù)來說,控制和治理重金屬污染土壤的方法包括物理方法和生物方法。物理法是利用物

7、理和工程的手段將重金屬?gòu)耐寥乐谐?主要包括淋濾法、客土法、吸附固定法?；瘜W(xué)法是通過向土壤中加入一些化學(xué)試劑,使重金屬得以穩(wěn)定,主要包括生物還原法、絡(luò)合物浸提法等。物理方法見效緩慢,化學(xué)方法快,但易帶來二次污染。在倡導(dǎo)綠色技術(shù)的今天,對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行無污染的綠色修復(fù)已顯得十分必要。所以作為一種廉價(jià)的綠色治理技術(shù)植物修復(fù)就是在這種形式下應(yīng)運(yùn)而生的,并成為國(guó)際研究的一個(gè)熱點(diǎn),同時(shí)一些能夠在地上部分大量富集污染物的特殊植物超富集植物就成為學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)1。1 植物修復(fù)技術(shù)的定義及研究進(jìn)展依據(jù)美國(guó)國(guó)家環(huán)保局的定義2,廣義上的植物修復(fù)技術(shù)是指利用植物吸收、降解、揮發(fā)、根濾等作用固定土壤、沉積物、污

8、泥或地表、地下水中有毒有害污染物的技術(shù)。根據(jù)其作用過程和機(jī)理,植物修復(fù)可分為植物穩(wěn)定、植物提取和植物揮發(fā)三種方式。狹義的植物修復(fù)是指植物提取,它是目前研究最多并且最有前景的植物修復(fù)方法。植物穩(wěn)定是利用耐性植物機(jī)械穩(wěn)定性和吸收沉淀作用來固定土壤中的重金屬,通過這些過程可以降低重金屬的生物有效性和毒性,防止其進(jìn)入水體和食物鏈,降低其對(duì)環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)。植物穩(wěn)定技術(shù)對(duì)廢棄的重金屬污染和放射性元素污染尤為重要,目前這項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用于礦山廢棄地、城市垃圾填埋場(chǎng)和污水處理廠等土壤修復(fù)。但是植物穩(wěn)定并不能徹底消除土壤中的重金屬,而是暫時(shí)將污染物固定,使其不毒害環(huán)境中的生物,一旦環(huán)境條件發(fā)生變化,重金屬的生物有

9、效性很可能會(huì)發(fā)生改變,從而危害環(huán)境中的生物。植物提取是利用超富集植物的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)作用,將土壤中的一種或幾種重金屬轉(zhuǎn)移到植物的地上部分,通過收獲地上部分并集中處理的方法達(dá)到降低土壤中重金屬含量的目的3,這種修復(fù)技術(shù)要求植物生物量大、生長(zhǎng)快、適應(yīng)性強(qiáng)。它具有很多優(yōu)點(diǎn),如治理成本低,基本不會(huì)造成二次污染,可回收利用重金屬等。目前對(duì)植物提取的研究主要集中在對(duì)超富集植物的研究上。植物揮發(fā)是指利用植物根系分泌的一些特殊物質(zhì)使土壤中某些重金屬轉(zhuǎn)化為揮發(fā)形態(tài),達(dá)到去除重金屬的一種方法。這種方法主要適合于去除金屬Hg和非金屬Se。這種方法應(yīng)用范圍比較小,而且植物揮發(fā)的方法會(huì)將土壤中的污染物轉(zhuǎn)移到大氣中,所以具有

10、很大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。2 超富集植物的定義及吸收重金屬的機(jī)理不管是植物穩(wěn)定、植物提取,還是植物揮發(fā)作用,污染治理最關(guān)鍵的問題還是植物本身的特性。因此,尋找與篩選適宜的超富集植物成為植物修復(fù)研究的關(guān)鍵問題。超富集植物是指能超量吸收重金屬并將其運(yùn)移到地上部分的植物。對(duì)于超富集植物的界定主要考慮兩個(gè)因素:一是植物地上部富集的重金屬應(yīng)達(dá)到一定的量;二是植物地上部的重金屬含量應(yīng)高于根部。目前,世界上共發(fā)現(xiàn)有400多種超富集植物,其中主要是鎳的超富集植物。5雖然我國(guó)在超富集植物的研究起步較晚,近年來也取得了一系列的成果。黃會(huì)一6報(bào)道某種旱柳品系可富集鎘高達(dá)47.19mg/kg。韋朝陽等7發(fā)現(xiàn)了一種大葉井口邊草,

11、對(duì)As有很好的富集作用,其地上部分最大含As量可達(dá)694mg/kg。柯文山等8在溫室砂培盆栽條件下對(duì)魯白、芥菜幾種植物進(jìn)行鉛吸收和耐性實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)魯白、芥菜不僅生長(zhǎng)快,且地上部分鉛含量超過1000 mg/kg,遷移總量和遷移率都很高,是很好的修復(fù)土壤鉛污染的富集植物。唐世榮9發(fā)現(xiàn)鴨跖草是Cu的超富集植物。楊肖娥、龍新憲等10通過野外調(diào)查和溫室栽培發(fā)現(xiàn)天然條件下東南景天的地上部分Zn平均含量為4515mg/kg,是很好的Zn超富集植物。我國(guó)目前還沒有發(fā)現(xiàn)Hg的超富集植物,但田吉林等11通過研究發(fā)現(xiàn)大米草對(duì)汞有很好的積累作用,同時(shí)可以把有機(jī)汞轉(zhuǎn)化為無機(jī)汞,這些研究在環(huán)境污染的植物修復(fù)方面將會(huì)有重要價(jià)

12、值。表1簡(jiǎn)單介紹了幾種常見金屬超富集植物。表1 部分超富集植物九節(jié)木屬Psychotha圓葉遏藍(lán)菜Thlaspi rotundifolium大葉井口邊草Pteris nervosa商陸Phy tolacca acinosa天藍(lán)遏藍(lán)菜Thlaspi caerulescens鎳鉛砷錳鋅積累的重金屬含量/g·g-147 5008 20041819 29951 600超富集植物累積的重金屬環(huán)境監(jiān)測(cè)與污染防治702011年第1期超富集植物被發(fā)現(xiàn)以后,最初的研究重點(diǎn)放在植物對(duì)重金屬的積累量、耐受性及其應(yīng)用價(jià)值上,近年來主要針對(duì)植物對(duì)重金屬超富集的機(jī)制方面進(jìn)行研究,并形成了一些假說。有人認(rèn)為植物超

13、積累重金屬特性與根部提取功能有關(guān)。有文獻(xiàn)顯示許多代謝物質(zhì),例如金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白12、植物螯合素、組氨酸、重金屬組合蛋白和肽13等,都參與了重金屬在超富集植物體內(nèi)的運(yùn)輸、積累以及解毒過程。3 展望超富集植物為修復(fù)重金屬污染土壤提供了一個(gè)理想和綠色的方法,然而目前許多已知的超富集植物都普遍存在著生長(zhǎng)速度慢、生物量小的特點(diǎn),而且絕大部分屬于金屬Ni超富集植物。目前發(fā)現(xiàn)的其他重金屬的超富集植物種類很少,同時(shí)這些超富集植物大部分仍難以在實(shí)際修復(fù)中有效應(yīng)用,能夠應(yīng)用的植物種質(zhì)資源缺乏,進(jìn)一步的篩選則需要相當(dāng)長(zhǎng)的過程。因此,人們?cè)谥铝τ趯ふ倚碌某患参锏耐瑫r(shí),對(duì)于具有高生物量的重金屬耐(抗性植物也產(chǎn)生了濃厚的

14、興趣。結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況,提出土壤重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)發(fā)展與研究的趨勢(shì):(1篩選更加優(yōu)秀的超富集植物,盡快建立中國(guó)植物修復(fù)植物篩選網(wǎng)上數(shù)據(jù)庫,達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的。(2進(jìn)一步研究超富集植物對(duì)重金屬的作用機(jī)理,更好地發(fā)揮植物修復(fù)技術(shù)在重金屬污染修復(fù)中的優(yōu)勢(shì)。(3土壤重金屬污染的修復(fù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,單一的植物修復(fù)技術(shù)很難達(dá)到預(yù)期效果,需要以物理、化學(xué)和微生物等為輔助手段,提高植物修復(fù)的綜合效率。(4對(duì)于超富集植物體內(nèi)重金屬的回收再利用方面應(yīng)加強(qiáng)研究,避免產(chǎn)生不能回收利用的收獲物造成二次污染。(5目前對(duì)土壤重金屬植物修復(fù)技術(shù)的研究多數(shù)集中在小試和中試階段,如何采用各種行之有效的辦法,將土壤重金屬污染

15、修復(fù)的技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際中是重金屬修復(fù)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。參考文獻(xiàn)1 聶發(fā)輝. 關(guān)于超富集植物的新理解J. 生態(tài)環(huán)境,2005,14(1:136-138.2 USEPA. Introduction to PhytoremediationR. Washington D C,2000.3 丁佳紅,劉登義,儲(chǔ)玲,等. 重金屬污染土壤植物修復(fù)的研究進(jìn)展和應(yīng)用前景J. 生態(tài)學(xué)雜志,2004,21(4: 6-9,20.4 Baker A J M,brooks R R,Pease A J,et al. Studies on copper andcobalt tolerance in three closely re

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