植物修復(fù)土壤重金屬污染

1、植物修復(fù)土壤重金屬污染文獻(xiàn)綜述內(nèi)容摘要通過(guò)翻閱這些參考資料和文獻(xiàn)，了解到植物修復(fù)以其簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)成為了眾多修復(fù)手段中的佼佼者。了解到植物修復(fù)重金屬污染的原理以及植物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)到植物修復(fù)重金屬污染技術(shù)與方法和研究動(dòng)態(tài)。關(guān)鍵詞：植物修復(fù)土壤重金屬污染強(qiáng)化措施超富集植物第1章前言土壤重金屬污染是一個(gè)全球性的棘手問(wèn)題，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中含重金屬污水的農(nóng)田灌溉、污泥的農(nóng)業(yè)利用、肥料的土壤施用和工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中礦山的開采冶煉，汽車尾氣的排放等，使地球上的許多土壤被重金屬污染。這種污染是一個(gè)不可逆的過(guò)程，污染物在土壤中的滯留時(shí)間長(zhǎng)，植物或微生物不能降解，重金屬在作物的可食部位過(guò)量積累后

2、易于通過(guò)食物鏈傳遞給人或動(dòng)物，對(duì)人類健康帶來(lái)嚴(yán)重危害。如世界聞名的日本水俁病骨痛病就是典型的例證。傳統(tǒng)的修復(fù)重金屬污染土壤的方法主要有客土、填埋、土壤清洗及通過(guò)物理化學(xué)作用固化、提取等，這些方法都不同程度地存在著處理效率低、運(yùn)行成本高，破壞土壤原有生物環(huán)境等缺陷。土壤重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)(phytoremediation)是利用植物對(duì)重金屬的富集作用來(lái)降低土壤和水體中重金屬濃度或毒性的環(huán)境友好型方法。第2章主題部分1植物修復(fù)技術(shù)植物修復(fù)技術(shù)(phytoremediation),是指將某種特定的植物種植在重金屬污染的土壤上，而該種植物對(duì)土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力，將植物收獲并進(jìn)行

3、妥善處理(如灰化回收)后即可將該種重金屬移出土體，達(dá)到污染治理與生態(tài)修復(fù)的目的。其原理是利用某些對(duì)重金屬具有超富集能力的植物將土壤中的重金屬元素大量地轉(zhuǎn)移到植株體內(nèi)(特別是地上部分)從而達(dá)到修復(fù)土壤的目的。根據(jù)其作用過(guò)程和機(jī)理，重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)可歸為3種類型：(1)植物提取(phytoextraction);(2)植物揮發(fā)(phytovolatilization);(3)植物穩(wěn)定(phytostabilization)。但植物穩(wěn)定只是一種原位降低污染元素生物有效性的途徑，而不是一種永久的除去土壤中污染元素的方法。植物揮發(fā)僅是去除土壤中一些可揮發(fā)的污染物，并且應(yīng)以向大氣揮發(fā)的速度不構(gòu)

4、成生態(tài)危險(xiǎn)為限。相對(duì)而言，植物吸取是一種具永久性和廣域性于一體的植物修復(fù)途徑，已為人們認(rèn)為是去除土壤內(nèi)重金屬的重要方法。植物提取修復(fù)(phytoextraction)利用重金屬積累植物或超積累植物將土壤中的重金屬提取出來(lái)，富集并搬運(yùn)到植物根部可收割部分和植物地上的枝條部位。植物提取修復(fù)是目前研究最多且最有發(fā)展前途的一種植物修復(fù)技術(shù)。這些植物有兩大類：超積累植物和誘導(dǎo)的積累植物。前者是指一些具有很強(qiáng)的吸收重金屬并運(yùn)輸?shù)降厣喜糠e累能力的植物；后者則是指一些不具有超積累特性但通過(guò)一些過(guò)程可以誘導(dǎo)出超量積累能力的植物。植物揮發(fā)修復(fù)(phytovolatization)植物揮發(fā)是利用植物的吸收、積累和揮

5、發(fā)而減少土壤中一些揮發(fā)性污染物，即植物將污染物吸收到體內(nèi)后將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)釋放到大氣中。目前，在這方面研究最多的是金屬元素汞和非金屬元素硒。植物揮發(fā)修復(fù)技術(shù)只限于揮發(fā)性重金屬的修復(fù)，應(yīng)用范圍較小，而且將汞、硒等揮發(fā)性重金屬轉(zhuǎn)移到大氣中有沒(méi)有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)仍有待于進(jìn)一步研究。植物穩(wěn)定修復(fù)(phytostabilization)利用重金屬耐性植物降低重金屬的活性，從而減少重金屬被淋濾到地下水或通過(guò)空氣載體擴(kuò)散進(jìn)一步污染環(huán)境的可能性。目前，該技術(shù)在礦區(qū)大量使用，如廢棄礦山的復(fù)墾工程，各種尾礦庫(kù)的植被重建等。植物穩(wěn)定修復(fù)的作用主要有兩方面：一是通過(guò)根部累積、沉淀、轉(zhuǎn)化重金屬，或通過(guò)根表面吸附作用固定重金屬

6、。二是保護(hù)污染土壤不受風(fēng)蝕、水蝕，減少重金屬滲漏污染地下水和向四周遷移污染周圍環(huán)境。2植物修復(fù)的強(qiáng)化措施植物修復(fù)的性能強(qiáng)化作物育種技術(shù)的利用人類除不斷改進(jìn)栽培技術(shù)提高產(chǎn)量外，一直在不斷地通過(guò)育種技術(shù)來(lái)改造人類所需求的作物性狀。超富集植物多數(shù)是野生植物，人們對(duì)它們的生活習(xí)性了解甚少，幾乎沒(méi)有現(xiàn)成的栽培模式可循，更談不上成熟的育種技術(shù)。不過(guò)，栽培作物起源于野生植物，野生植物的許多不利于栽培的性狀經(jīng)過(guò)人類不斷的選擇重組均可成為人類可利用的資源。通過(guò)作物育種技術(shù)對(duì)超富集植物進(jìn)行性能改進(jìn)，提高植物地上部生物量和提高栽培管理水平以大規(guī)模的修復(fù)應(yīng)用是完全可行的?；瘜W(xué)強(qiáng)化技術(shù)化學(xué)強(qiáng)化技術(shù)是通過(guò)葉面噴施一些化學(xué)

7、試劑的方法，人為調(diào)控植物的生育狀況從而改進(jìn)植物的修復(fù)性能。根據(jù)作用原理可將化學(xué)試劑分為以下幾種類型：一是無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型，通常由12種化肥如尿素、磷酸二氫鉀兌水組成液體肥料噴施于葉面上，可以為植物提供N、P、K及微量元素，同時(shí)也起到增強(qiáng)葉片光合作用能力，延長(zhǎng)葉片壽命等作用。二是腐殖酸型，以富里酸、胡敏酸等為主要成分，再加入一定比例的NP、K及微量元素配成營(yíng)養(yǎng)劑型，不但能為植物提供無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)，還能提高植物抗病性、抗蟲性等。三是植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑型，包括五大類生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，具有調(diào)節(jié)植物長(zhǎng)勢(shì)，促進(jìn)植物成熟，縮短生育期等作用。四是綜合型，由營(yíng)養(yǎng)元素+農(nóng)藥+外源激素類物質(zhì)組成，具有補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高植物

8、抗病、蟲害的能力。微生物制劑的使用現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)某些菌根真菌能夠促進(jìn)植物對(duì)重金屬的吸收，超富集植物與對(duì)重金屬吸收能力強(qiáng)的菌根真菌等微生物聯(lián)合起來(lái)的修復(fù)作用是改進(jìn)超富集植物修復(fù)性能的有效手段之一，目前已成為植物修復(fù)領(lǐng)域重要的研究方向。這種微生物制劑的使用通常可以提高真菌浸染的成功率，促進(jìn)菌根真菌與植物根系的共生，從而增強(qiáng)植物修復(fù)的效率。使用方式通常是將特效微生物做成某種劑型，以根部追施的方式與植物相結(jié)合。植物修復(fù)的技術(shù)強(qiáng)化污染土壤中難吸收態(tài)重金屬的活化重金屬進(jìn)入土壤后，大多數(shù)與土壤中的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物形成不溶性沉淀或吸附在土壤顆粒表面而難以被植物吸收。通過(guò)一些活化措施，可以增加土壤溶液中重金屬的濃度，從

9、而提高對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)效率。降低土壤pH值通常會(huì)提高土壤溶液重金屬的濃度。注重污染土壤的耕翻和整平污染土壤的耕翻一般要在修復(fù)植物一個(gè)生長(zhǎng)季結(jié)束之后或修復(fù)植物播種之前進(jìn)行。耕翻深度視土壤污染深度而定,如果污染較輕，采用常用的機(jī)耕用具即可。如果污染深度過(guò)深，就要采用特殊裝置。污染土壤經(jīng)耕翻后，可以將深處污染物質(zhì)翻到土壤表層植物根系分布較密集區(qū)域，這樣可提高植物修復(fù)效果。耕翻后的土壤經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的晾曬后，在修復(fù)植物定植之前，還要對(duì)土壤進(jìn)行整平作業(yè)，整平的目的是將結(jié)塊土壤打碎，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，起到保埔的作用，同時(shí)也利于田間管理。至于是采取壟式栽培，還是撒播、穴播或條播等播種方式要具體情況

10、具體分析。對(duì)于重金屬污染土壤，以撒播方式較好，這樣可以擴(kuò)大植物根與重金屬接觸的表面積。另外，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，結(jié)合施肥等作業(yè)也可以適當(dāng)攪動(dòng)土壤，以便改善根際圈環(huán)境，促進(jìn)根系生長(zhǎng)發(fā)育和改變重金屬的空間位移，促進(jìn)植物與重金屬的接觸。利用修復(fù)植物的水肥需求規(guī)律影響植物修復(fù)效果好壞的一個(gè)重要因素是超富集植物地上部生物量的大小，要提高修復(fù)效率就必須促進(jìn)植物地上部生物量的不斷增加。灌水和施肥是促進(jìn)植物生長(zhǎng)的主要因素，但過(guò)量灌水和施肥既浪費(fèi)資源也不利于植物生長(zhǎng)，還可能引起土壤中重金屬的擴(kuò)散。因此，掌握了超富集植物的水、肥需求規(guī)律，合理進(jìn)行肥水供應(yīng)，基本上可以促進(jìn)超富集植物最大限度地提高地上部生物量。采取必要

11、措施縮短修復(fù)周期溫度、光照、土壤水分、空氣流通、熱量等環(huán)境因素對(duì)植物生育期影響很大，利用植物對(duì)環(huán)境條件的反應(yīng)，可以盡可能地縮短植物生育期從而縮短修復(fù)周期。還可以采取育苗移栽的方法縮短植物的生育期。止匕外，根據(jù)超富集植物各生育時(shí)期對(duì)重金屬的積累情況也可以采取一些措施來(lái)縮短修復(fù)周期。利用種子包衣技術(shù)促進(jìn)超富集植物種子早生快發(fā)超富集植物幾乎都是野生植物，野生植物的種子一般都很小，種子直徑或最長(zhǎng)處一般只有幾毫米，有的甚至僅零點(diǎn)幾毫米。種子包衣是給種子包上一層物質(zhì)（包衣劑），可以防治苗期病、蟲、鼠害，同時(shí)在包衣劑中配有一定種類和數(shù)量的微肥,起到增加幼苗營(yíng)養(yǎng)和提高秧苗素質(zhì)的作用，而且也增大了種子的體積，尤

12、其是小粒種子丸粒化技術(shù)，利于機(jī)械化種植?？梢?，包衣技術(shù)的利用可能植物修復(fù)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)的不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。注意病蟲害的防治植物能否正常生長(zhǎng)，除了土壤及溫度、光照等環(huán)境條件外，病害和蟲害也是重要影響因素，因此要做好病、蟲害的防治工作。從目前的技術(shù)水平看，在栽培調(diào)控措施難以湊效的情況下，施用化學(xué)農(nóng)藥防治植物病、蟲害仍是不可或缺的手段。在使用化學(xué)農(nóng)藥的過(guò)程中，應(yīng)選用一些殘毒小、降解快的農(nóng)藥，以免引起對(duì)環(huán)境的二次污染。當(dāng)然，能使用一些植物源等“環(huán)?！鞭r(nóng)藥更好。修復(fù)植物的搭配種植重金屬污染土壤多數(shù)是幾種重金屬混合在一起的復(fù)合污染，而超富集植物往往只對(duì)其中一種重金屬具有提取作用，只種植一種超富集植物

13、每次僅能治理一種重金屬,待這一種重金屬治理完之后再種植另一種超富集植物去治理其余的重金屬,如此進(jìn)行下去既廢功又耗時(shí)。因此,根據(jù)土壤污染情況，將幾種具有不同修復(fù)功能的超富集植物搭配種植，既可以提高修復(fù)效果又可以節(jié)省修復(fù)時(shí)間。第3章總結(jié)植物修復(fù)不僅是一條綠色的，生態(tài)的凈化途徑，一種符合公眾心理需求的新技術(shù)，而且也是一種經(jīng)濟(jì)有效的凈化的方案。它既能回收金屬所具有潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，又能使土壤保持結(jié)構(gòu)和微生物的活性，因此是一種廉價(jià)有效頗具吸引力的原位綠色技術(shù)。盡管植物修復(fù)土壤重金屬污染具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，但在修復(fù)的過(guò)程中也存在一些問(wèn)題：（1）目前發(fā)現(xiàn)的效果較好的重金屬超累積植物種類有限，且生物量小。（2）由于

14、植物對(duì)重金屬元素總有一定的受納限度，植物修復(fù)較難滿足高濃度的污染治理的需要。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)植物修復(fù)技術(shù)研究的現(xiàn)狀，在今后的研究工作中可考慮從以下方面進(jìn)行：（1）加強(qiáng)植物修復(fù)技術(shù)與其它修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合使用，如植物修復(fù)與生物技術(shù)聯(lián)合、植物與化學(xué)調(diào)控劑的聯(lián)合使用，以提高植物對(duì)污染物質(zhì)的吸收、轉(zhuǎn)化水平，提高修復(fù)的效率。（2）加強(qiáng)對(duì)污染物植物修復(fù)機(jī)理的研究工作，篩選對(duì)重金屬能有效治理的超積累植物。（3）由于微生物對(duì)土壤中重金屬污染修復(fù)具有重要的作用，以后的研究中應(yīng)注重植物根際微生物對(duì)植物修復(fù)的影響研究，提高植物對(duì)土壤重金屬污染的修復(fù)作用。參考文獻(xiàn)1魏樹和，周啟星.重金屬污染土壤植物修復(fù)基本原理及強(qiáng)化措施探討J.生態(tài)學(xué)雜志,2004,23(1):65-7