植物對(duì)土壤的修復(fù)作用00

1、植物對(duì)土壤中重金屬的修復(fù)及其研究土壤是人類賴以生存發(fā)展的生產(chǎn)資料，也是人類社會(huì)最基本、最重要的自然 資源之一。隨著我國(guó)工業(yè)化的不斷深入，多種含重金屬的污染物通過各種途徑進(jìn) 入土壤，造成土壤中相應(yīng)的重金屬富集，從而導(dǎo)致土壤肥力降低，農(nóng)作物產(chǎn)量和 品質(zhì)下降，并通過食物鏈危及人類健康和生命。目前治理重金屬污染方法很多， 各有利弊。生物修復(fù)由于能夠治理大面積污染而成為一種新的可靠的環(huán)保技術(shù)， 植物具有生物量大且易于后處理的優(yōu)勢(shì)，因此利用植物修復(fù)技術(shù)解決土壤重金屬 污染問題成為生物修復(fù)技術(shù)中一個(gè)研究熱點(diǎn)。植物修復(fù)是一種利用植物去除和消減污染物的環(huán)境治理技術(shù)，是一種新興的 綠色生物修復(fù)技術(shù)，能在不破壞土壤

2、生態(tài)環(huán)境、保持土壤結(jié)構(gòu)和微生物的狀況下， 通過植物的根系直接將大量的重金屬吸收，從土壤中移去從而修復(fù)被污染的土 壤，它是環(huán)境污染治理的重要手段。與傳統(tǒng)修復(fù)方法相比植物修復(fù)主要優(yōu)點(diǎn)有： 以陽光為能源，節(jié)省人力物力，處理設(shè)施小，成本低，適合大規(guī)模的應(yīng)用；利于 土壤生態(tài)系統(tǒng)的保持；對(duì)污染地景觀有美學(xué)價(jià)值，對(duì)環(huán)境基本沒有破壞作用，易 為公眾所接受。但也有其不足之處：大多數(shù)超積累植物根較淺，生物量小，生長(zhǎng) 緩慢，通常比其他物理一化學(xué)技術(shù)耗時(shí)長(zhǎng)；土壤質(zhì)構(gòu)、pH、鹽度、污染物濃度及 其他毒性物質(zhì)可能使超積累植物植被的形成受到限制；污染牧歌能通過落葉重新 回到土壤中去；超積累植物可能為人或動(dòng)物誤食導(dǎo)致食物鏈的

3、污染。因其比較優(yōu) 勢(shì)更為突出，科學(xué)工作者對(duì)這種應(yīng)用于重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)寄予厚望，并 努力嘗試采取各種措施來彌補(bǔ)其不足。植物修復(fù)技術(shù)可分為植物穩(wěn)定、植物萃取、植物揮發(fā)和根系過濾四種類型。 植物穩(wěn)定主要是利用耐重金屬植物或超累積植物降低重金屬的活性，從而減少重 金屬被淋洗到地下水或通過空氣擴(kuò)散進(jìn)一步污染環(huán)境的可能性；植物萃取是利用 重金屬超累積植物從土壤中吸取金屬污染物，隨后收割地上部并進(jìn)行集中處理， 連續(xù)種植該植物，達(dá)到降低或去除土壤重金屬污染的目的；植物揮發(fā)是利用植物 根系吸收金屬，將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)揮發(fā)到大氣中，以降低土壤污染；根系過濾 主要是利用植物根系過濾沉淀水體中重金屬的過程，主

4、要是利用水浮蓮、浮萍、 水葫蘆等水生植物的吸附能力，減輕重金屬對(duì)水體的污染程度。此外還有微生物 修復(fù)技術(shù)，微生物可降低土壤中重金屬的毒性，吸附積累重金屬，改變根際微環(huán) 境，從而提高植物對(duì)重金屬的吸收、揮發(fā)或固定效率。植物修復(fù)土壤中重金屬的原理是：土壤重金屬污染植物修復(fù)的主要場(chǎng)所是以 植物根系為中心聚集了大量的生命物質(zhì)及其分泌物,形成的極為獨(dú)特的“生態(tài)修 復(fù)單元”一一根際圈。根際圈是指由植物根系與土壤微生物之間相互作用所形成 的獨(dú)特圈帶1,它以植物的根系為中心聚集了大量的細(xì)菌、真菌等微生物和蚯 蚓、線蟲等土壤動(dòng)物,形成了一個(gè)特殊的“生物群落”。根際圈通過植物根及其 分泌物質(zhì)和微生物、土壤動(dòng)物的新

5、陳代謝活動(dòng)對(duì)污染物產(chǎn)生吸收、吸附、降解等 一系列活動(dòng)，在土壤重金屬污染植物修復(fù)中起著重要作用。而根是植物體重要的 器官，它具有固定植株、吸收土壤中水分及溶解于水中的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)等生理功能。 此外，根還通過吸收和吸附作用在根部積累大量污染物質(zhì)，加強(qiáng)了對(duì)污染物質(zhì)的 固定。其中根系對(duì)污染物質(zhì)的吸收在污染土壤修復(fù)中起重要作用。植物根系的吸 收是化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入植物體內(nèi)最重要的途徑之一，許多無機(jī)和有機(jī)污染物都能不同 程度地從根系進(jìn)入植物體內(nèi)，有的還在植物體內(nèi)富集。植物修復(fù)的原理之一就是 利用植物對(duì)土壤中污染物質(zhì)的吸收和富集功能，從土壤中“提取”污染物,再將植 物地上部分和根收獲集中處理，進(jìn)而達(dá)到污染土壤原位修復(fù)

6、的目的。根還有生物 合成的作用，可以合成多種氨基酸、植物堿、有機(jī)氮和有機(jī)磷等有機(jī)物，同時(shí)還 能向周圍土壤中分泌有機(jī)酸、糖類物質(zhì)、氨基酸和維生素等有機(jī)物，這些分泌物 能不同程度地降低根際圈內(nèi)污染物質(zhì)的可移動(dòng)性和生物有效性，減少污染物對(duì)植 物的毒害。例如,各種有機(jī)物（包括有機(jī)酸）與重金屬絡(luò)合后可降低重金屬的活度， 減少其毒性。根分泌物對(duì)根際圈內(nèi)的環(huán)境也產(chǎn)生重要影響，可以改變根際圈pH 值和氧化還原電位，從而改變污染物的化學(xué)形態(tài)，對(duì)污染物質(zhì)起鈍化、固定作用。 土壤受重金屬污染后，植物會(huì)不同程度地從根際圈內(nèi)吸收重金屬，吸收數(shù)量的多 少受植物根系生理功能及根際圈內(nèi)微生物群落組成、pH、氧化一還原電位、重

7、金 屬種類和濃度以及土壤的理化性質(zhì)等因素影響。植物對(duì)重金屬的吸收可能有以下 3種情形:一是完全的“避”，這可能是當(dāng)根際圈內(nèi)重金屬濃度較低時(shí)，根依靠自 身的調(diào)節(jié)功能完成自我保護(hù)，也可能是無論根際圈內(nèi)重金屬濃度有多高，植物本 身就具有這種“避”機(jī)理，可以免受重金屬毒害，但這種情形可能很少;二是植物 通過適應(yīng)性調(diào)節(jié)后，對(duì)重金屬產(chǎn)生耐性，吸收根際圈內(nèi)重金屬，植物本身雖也能生 長(zhǎng)但根、莖、葉等器官及各種細(xì)胞器受到不同程度的傷害，使植物生物量下降。 這種情形可能是植物根對(duì)重金屬被動(dòng)吸收的結(jié)果;第三種情形是指某些植物因具 有某種遺傳機(jī)理，將一些重金屬元素作為其營(yíng)養(yǎng)需求，在根際圈內(nèi)該元素濃度過 高時(shí)也不受其傷

8、害。植物以根對(duì)土壤中重金屬的吸收，從而達(dá)到對(duì)土壤修復(fù)的目 的。因此植物修復(fù)技術(shù)成功的關(guān)鍵在于尋找超富集植物，超富集植物是能超量吸 收重金屬并將其運(yùn)移到地上部的植物，篩選對(duì)重金屬耐受能力高以及具有富集和 超富集能力的植物成為目前重金屬污染土壤的重要修復(fù)途徑之一。超富集植物是 指可以超量累積某些化學(xué)元素的植物。一般而言，這些植物的地上部組織對(duì)該化 學(xué)元素的吸收量，可超過普通植物的100倍以上，且不影響正常生命活動(dòng)。然而， 目前全世界所發(fā)現(xiàn)的400多種重金屬超富集植物中，有相當(dāng)一部分種類生物量較 少或者專一性較強(qiáng)，還有就是較難繁殖，因而難以真正大面積推廣應(yīng)用。有關(guān)超 富集植物吸收富集重金屬的機(jī)理仍不

9、清楚在重金屬脅迫下植物根系分泌的低分 子量的有機(jī)酸可與重金屬結(jié)合降低重金屬對(duì)植物的毒性促進(jìn)植物對(duì)重金屬的吸 收，有關(guān)超富集植物的耐性與富集機(jī)理則研究較多結(jié)論普遍，認(rèn)為超富集植物的 耐性與超富集由植物本身不同的生理機(jī)制所控制超富集植物超量吸收富集重金 屬與其根部細(xì)胞具有與重金屬較多的結(jié)合位點(diǎn)有關(guān)，而耐性則是由于重金屬在植 物細(xì)胞中分布的區(qū)域化相關(guān)，即重金屬存在與細(xì)胞壁和液泡中從而降低其毒性。超富集植物吸收富集重金屬的特征：目前發(fā)現(xiàn)的超富集植物均為在野外礦山 開采或冶煉區(qū)發(fā)現(xiàn)的的品種一般土壤介質(zhì)中的重金屬含量較高盡管植物地上部 含量可以達(dá)到一定高的含量但其生物富集系數(shù)與植物地上部重金屬含量與土壤

10、重金屬含量的比值并不大。植物修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵是培育超富集植物，目前對(duì)超富集植物的研究還處于初 級(jí)階段，因此當(dāng)前和今后一段時(shí)間內(nèi)對(duì)土壤中重金屬的治理還只能停留在普通植 物的層次上，然而重金屬污染土壤的修復(fù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，不能因?yàn)檫@樣就就此 耽擱，而且單一的修復(fù)技術(shù)很難達(dá)到預(yù)期效果，必須以植物修復(fù)為主，輔以化學(xué)、 微生物及農(nóng)業(yè)生態(tài)措施，從而提高植物修復(fù)的綜合效率。由于植物修復(fù)技術(shù)綠色環(huán)保.社會(huì)生態(tài)綜合效益良好，易為公眾所接受，尤 其是治理費(fèi)用比傳統(tǒng)技術(shù)低一至幾個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)重金屬污染土壤的治理成效具有 永久性.因此，植物修復(fù)概念提出后很快成為環(huán)境領(lǐng)域的世界性前沿?zé)狳c(diǎn)研究課 題，普遍認(rèn)為植物修復(fù)技術(shù)將成為環(huán)保領(lǐng)域的朝陽產(chǎn)業(yè).生物修復(fù)是一項(xiàng)新興的 高效修復(fù)技術(shù)，具有良好的社會(huì)、生態(tài)綜合效益，并且易被大眾接受，具有廣闊 的應(yīng)用前景。研究人員建議，植物修復(fù)技術(shù)研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾方面：一是超累積植物 篩選與培育。超累積植物是在重金屬脅迫條件下的一種適應(yīng)性突變體，往往生長(zhǎng) 緩慢，生物量低，氣候環(huán)境適應(yīng)性差，具有很強(qiáng)的富集專一性。因此，篩選、培 育吸收能力強(qiáng)，同時(shí)能吸收多種重金屬元素，且生物量大的植物是生物修復(fù)的一 項(xiàng)重要任務(wù)。二是分子生物學(xué)和基因工程技術(shù)的應(yīng)用。隨著分子生物技術(shù)的迅猛 發(fā)展，將篩選、培育出的超累積植物和微生物基因，導(dǎo)入生物量大、生長(zhǎng)速度快、