第五章 污染環(huán)境的植物修復(fù)原理.ppt

1、第1，5章為污染環(huán)境的植物修復(fù)原理，2，5.1概述5.2植物對(duì)污染物修復(fù)作用5.3的環(huán)境因素5.4有機(jī)污染物的植物修復(fù)5.5重金屬植物修復(fù)5.6放射性核素和富營(yíng)養(yǎng)貨物的植物修復(fù)，3，5.1概述，5.1.1 phytoremediation的概念和類型phytoremediation技術(shù)植物修復(fù)是利用植物根的特殊生態(tài)條件加快植物本身的特有使用、分解和污染物切換、根際原型的微生物生長(zhǎng)和繁殖的作用。利用特定植物的特殊積累和固定能力，提高環(huán)境中特定武器和有機(jī)污染物的解毒和分解能力。4，廣義的植物修復(fù)包括利用植物修復(fù)重金屬污染的土壤，利用植物凈化空氣和水，利用植物去除放射性核素，利用植物及其根微生物的共

2、存體系凈化土壤中的有機(jī)污染物。目前植物修復(fù)主要是指利用植物和根圈微生物體系清理污染的土壤，其中利用重金屬超積累植物的提取作用去除污染土壤的重金屬也是植物修復(fù)的核心技術(shù)。因此，狹窄的重金屬修復(fù)技術(shù)主要是指利用植物去除污染土壤中的植物。5，植物修復(fù)適用范圍：a .利用植物修復(fù)重金屬污染的土壤。利用植物凈化空氣和水體。利用植物去除放射性核素。利用植物及其根微生物的共存體系凈化土壤中的有機(jī)污染物。6，圖5-1植物修復(fù)與生物修復(fù)的關(guān)系和主要修復(fù)方法，7，植物修復(fù)的類型植物凈化空氣植物提取修復(fù)植物揮發(fā)性修復(fù)植物分解修復(fù)根際原生物降解修復(fù)植物固定/穩(wěn)定修復(fù)，8，(1)植物修復(fù)空氣，有些植物利用氮氧化物作為氨

3、基酸或氮源，利用牙齒植物去除空氣中的氮氧化物顯然是環(huán)保節(jié)能的好方法。10，龍舌蘭酒：在10平方米左右的房間里，可以去除70的苯，50的甲醛，24的3氯乙烯，蘆薈：24小時(shí)光照條件下，1立方米空氣中包含的90的甲醛。11，植物促進(jìn)也稱為植物提取，植物根將土壤中的重金屬或有機(jī)污染物從污染的土壤轉(zhuǎn)移到植物的地面部分。通常是指可以累積超過(guò)葉子干重量1.0%的Mn或0.1% Co、Cu、Pb、Ni、Zn或0.01% Cd的植物。目前世界上有500多種這種植物。12，1583年，Cesalpino首次發(fā)現(xiàn)在“黑色巖”生長(zhǎng)的特殊植物，1814年，Desvaux將其命名為Alyssum bertolonii(

4、庭院)，1848年，Minguzzi。1977年，布魯克斯把這種植物命名為“超濃縮植物”。1983年，Chaney提出了利用植物提取土壤污染物、收獲植物以獲取土壤污染物的設(shè)想。13，植物揮發(fā)(Phytovolatilization)，一些揮發(fā)性污染物被植物吸收后在植物表面組織的空隙中揮發(fā)。藍(lán)桉分解3氯乙烯(TCE)、甲基叔丁基醚(MTBE)、印度芥末分解硒化合物、煙草揮發(fā)性甲基汞。植物莖葉中的物質(zhì)可以被空氣中的活性羥基分解。有毒的Hg2揮發(fā)植物后變成低毒的Hg，毒性高的鎢變成低毒的溴化物氣體等。14，(4)植物分解修復(fù)，利用特定植物特有的轉(zhuǎn)化和分解作用去除水體和土壤中有機(jī)污染物的方法。恢復(fù)路徑

5、包括兩個(gè)茄子主要方面。例如，硝基還原酶和口香糖氧化酶能分解TNT分解等彈藥廢棄物，B根分泌的物質(zhì)能直接分解根內(nèi)的有機(jī)污染物。例如，漆酶分解三硝基甲苯(TNT)，脫鹵酶分解氯溶劑(如TCE (3氯乙烯)，15，(5根分解(Rhizodegradation)植物中的糖分，氨基酸特別是在離根部表面13毫米的地方，植物未種植的土壤的34倍。有些微生物可以與植物結(jié)合，促進(jìn)重金屬分解，也可以礦化某些有機(jī)污染物，例如PAHs、PCBs。(代謝原料)、16、氮、磷等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素去除引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題已經(jīng)有很多研究。種植蓮藕和水稻不僅可以去除氮和磷，而且經(jīng)濟(jì)價(jià)值也很好。受傷制成的大草、水芹、多化湖蜜草等在抑

6、制水體中氮、磷、藻類繁殖方面具有明顯的作用。牙齒植物與發(fā)達(dá)的根和根共生或雜交的微生物經(jīng)常一起起到凈化水環(huán)境的作用。17、利用植物固定，利用植物將有毒有害污染物(如重金屬)收集到根部，降低活動(dòng)性，防止其擴(kuò)散到深層土壤或地下水，但不利用植物。也就是說(shuō)，根對(duì)污染物有固定作用。18，5.1.2植物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)和問(wèn)題，優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)相比，植物修復(fù)是一種接受、降低成本、技術(shù)要求低的修復(fù)方法，可以應(yīng)用于空氣、地表水、地下水、土壤中的污染物修復(fù)。可以用植物修復(fù)技術(shù)去除的污染物包括氮、磷、重金屬等無(wú)機(jī)污染物。有機(jī)污染物，如農(nóng)藥、炸藥、有機(jī)氯化物、殺蟲劑、除草劑等。19，限制1。需要光、T、水等適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件

7、和瓶、蟲草害的影響。2.污染度過(guò)重或污染物沒有分布在植物根上，不適用于植物不適合生長(zhǎng)的污染土壤或水體的修復(fù)。3.對(duì)于復(fù)合污染土壤或水體，采用結(jié)合一種茄子修復(fù)植物或多種茄子修復(fù)植物的修復(fù)方式也往往很難滿足修復(fù)要求。4.恢復(fù)周期長(zhǎng)，很難滿足污染環(huán)境的快速恢復(fù)要求。20，恢復(fù)原則：主要通過(guò)植物本身的光合、呼吸、增產(chǎn)、分泌等代謝活動(dòng)，與環(huán)境中的污染物及微生物環(huán)境相互作用，通過(guò)吸收、分解、揮發(fā)、固定等過(guò)程，達(dá)到凈化和解密污染物的恢復(fù)效果。5.2植物對(duì)污染物的修復(fù)作用，21，5.2.1植物吸收、排泄、積累，(1)植物為了吸收植物，為了維持正常的生命活動(dòng)，必須不斷從周圍環(huán)境吸收水分和養(yǎng)分。植物具有廣泛的吸水

8、性，除了對(duì)幾種茄子元素表示選擇性吸收外，不同元素種類的吸水性也不同大小而已。22，5.2植物對(duì)污染物的修復(fù)作用，(2)植物排泄體內(nèi)不必要的物質(zhì)和代謝物質(zhì)(糞便或揮發(fā)形式)的方法：吸收根后，通過(guò)葉子或莖等地面器官(汞、硒等)排出。葉子吸收后根被排泄。舊生信，23，(3)植物中積累的污染物質(zhì)可以通過(guò)生物轉(zhuǎn)化過(guò)程排出為代謝產(chǎn)物，但大部分污染物質(zhì)與蛋白質(zhì)或多肽等物質(zhì)親和力較高，長(zhǎng)期留在植物的組織或器官中。積累一段時(shí)間，形成子集現(xiàn)象，一些植物也可以形成超夫妻。24，用子集系數(shù)表征植物對(duì)特定元素或化合物的積累能力。子集系數(shù)(BCF)=植物體內(nèi)的任何元素含量/土壤中的這種元素含量是變位系數(shù)，特定重金屬元素或

9、化合物從植物根向植物地面上方移動(dòng)的能力，即變位系數(shù)(TF)=植物地面任何元素含量/植物根牙齒元素含量子集系數(shù)變位系數(shù)越大，植物從根部運(yùn)輸?shù)降孛嫔喜康脑啬芰υ綇?qiáng)，對(duì)植物提取的恢復(fù)就越有幫助。當(dāng)植物被吸收和排泄的過(guò)程動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，植物仍然以一定的速度吸收污染物，但體內(nèi)的蓄積量不再增加，而是達(dá)到了臨界含量(臨界含量)的極限。此時(shí)，富集系數(shù)稱為平衡富集系數(shù)。25，(4)植物吸收、排泄、積累之間的關(guān)系動(dòng)態(tài)平衡(圖5-3)，根據(jù)植物根吸收污染物的難度，土壤中污染物的可吸收狀態(tài)：土壤溶液中污染物(如玻璃離子和螯合物離子不可吸收狀態(tài)：殘?jiān)鼱顟B(tài)等植物吸收困難的交換狀態(tài)：介于5 .在低pH值下，沉積物中生物可吸收

10、狀態(tài)的水溶液和可更換Cd、Zn的濃度顯著增加?？梢圆皇菃蝹€(gè)增加或減少。(1) pH值，29，(2)氧化還原前衛(wèi)Eh重金屬，可以在不同的氧化還原狀態(tài)下徐璐以不同的形式徐璐轉(zhuǎn)換。Cd:在還原條件下，有機(jī)結(jié)合狀態(tài)Cd最穩(wěn)定，但在氧化條件下，有機(jī)結(jié)合狀態(tài)鎘轉(zhuǎn)換為生物可用的水溶性、可更換狀態(tài)或溶解絡(luò)合狀態(tài)，釋放到水體中，隨著Eh的增加，釋放量增加。30，(3)共存物質(zhì)可以改變重金屬的存在狀態(tài)：絡(luò)合-螯合物：與可溶性金屬相結(jié)合，防止金屬在土壤中沉淀或吸附，提高重金屬流動(dòng)性和植物利用率。同時(shí)，如果吸附狀態(tài)和結(jié)合狀態(tài)下的金屬離子溶解，土壤中植物吸收Pb的能力很低，在土壤中添加絡(luò)合劑(EDTA)，提高植物根對(duì)P

11、b的吸收能力，提高對(duì)結(jié)合型汞的吸附力。礦物質(zhì)汞從固定結(jié)合狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)溶解狀態(tài)，容易促進(jìn)被植物吸收。31，(4)植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)素是影響植物重金屬吸收的因素，部分已成為調(diào)節(jié)重金屬植物毒性的途徑和措施。實(shí)驗(yàn)表明，N，P，K等植物營(yíng)養(yǎng)素對(duì)超積累植物吸收重金屬的吸收有很大影響。例如，在小麥?zhǔn)┯玫实倪^(guò)程中，不僅可以增加發(fā)現(xiàn)、硝酸銨對(duì)小麥土壤中Cd的吸收，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，還可以在NH4進(jìn)入土壤后發(fā)生硝化作用，短期內(nèi)顯著降低土壤pH值，提高Cd的生物效率，更重要的是，NH4Cd形成復(fù)合物，降低Cd對(duì)土壤的吸附。32，(5)污染物間的復(fù)合作用多種污染物復(fù)合污染，拮抗和促進(jìn)(6)促進(jìn)植物激素植物的體內(nèi)合成，對(duì)

12、植物的生長(zhǎng)和發(fā)育有明顯調(diào)節(jié)作用的微量生理活性物質(zhì)。(7)生物因子菌根菌增加生長(zhǎng)，降低土壤中重金屬含量等。33，(8)溫度首先影響水生植物生長(zhǎng)，溫度還影響水體重金屬離子的活性，水體懸浮砂，沉淀物對(duì)重金屬的吸附，影響植物的吸收。(9)重金屬種類和形態(tài)差異植物容易吸收部分元素，其他元素難吸收。通過(guò)植物吸收Cr、Hg、As、Cd最容易發(fā)現(xiàn)植物吸收Cd和As，而對(duì)Cr的吸附量較小。同一元素的不同吸收系數(shù)差異很大。對(duì)水稻Cr3的吸收系數(shù)平均值為0.032，對(duì)Cr6為0.056，可見Cr6的吸收系數(shù)大于Cr3。34，5.4有機(jī)污染物的植物修復(fù)，直接吸收和分解，酶的作用，rhizosphere辛醇的有機(jī)物分配

13、與有機(jī)物的土壤有機(jī)質(zhì)分配非常相似，3.0仇恨水，根系吸附緊密，不易進(jìn)入植物體內(nèi)。0.5、與親水、根系不容易吸附的植物體苯系物、氯溶劑、短鏈脂肪族化合物植物吸收后，木材化作用新組織的礦化二氧化碳及水揮發(fā)、36、(2)酶的作用，植物對(duì)有機(jī)污染物的吸收強(qiáng)度低于無(wú)機(jī)物，主要依賴于根系分泌物對(duì)有機(jī)物污染的協(xié)調(diào)和分解等。根釋放到土壤中的酶的直接降解作用。死植物根酶解作用脫鹵酶等，(3)根的生物降解，植物通過(guò)多種方法幫助微生物轉(zhuǎn)化。植物根的微生物系內(nèi)生微生物，37，根分泌酶和有機(jī)酸，植物移動(dòng)氧氣，正常進(jìn)行根區(qū)的好氧切換作用，分解不能被固氮菌單獨(dú)轉(zhuǎn)化的有機(jī)污染物。39，5.4.2典型有機(jī)污染物的植物分解，污染

14、物酶促反應(yīng)低毒，毒性氧化，還原，水解，脫烴，脫鹵，羥基，異構(gòu)化分解(植物分解能力強(qiáng))(1)植物分解和轉(zhuǎn)基因切換耐藥植物分解殺蟲劑，41，水葫蘆、水葫蘆(鳳眼蓮)可以去除水中有機(jī)磷農(nóng)藥、染料、苯酚、多環(huán)芳烴、甲基對(duì)硫磷等有機(jī)污染物。可以從污水中去除鎘、鉛、汞、鉈、銀、鈷、鍶等重金屬元素。Solanum nigrum有效分解多氯聯(lián)苯(PCBs)并豐富Cd。向日葵，42，向日葵，43，苜蓿草和水稻成功用于土壤中多環(huán)芳香烴(PAHs)的修復(fù)，6個(gè)月內(nèi)PAHs總量可以降低57%。對(duì)44，5.5.1重金屬植物的傷害機(jī)制，忍耐限制傷害：生長(zhǎng)，繁殖障礙，對(duì)死亡重金屬植物的影響：a .抑制植物種子發(fā)芽b .抑制植物生長(zhǎng)，表明植物小，生長(zhǎng)慢，生物量減少。c .抑制植物生殖似乎延遲了生育期，嚴(yán)重的話，會(huì)完全停止生殖生長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致不開花的結(jié)果。5.5重金屬植物修復(fù)，45，重金屬損傷機(jī)制對(duì)植物的性能：細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能破壞；光合作用被抑制。細(xì)胞呼吸障礙；抑制糖類和氮素代謝；核破壞了；核分裂了。發(fā)生植物激素變化。46，此外，重金屬影響根微生物環(huán)境，產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)脅迫，傷害植物。主要發(fā)現(xiàn)對(duì)根際土壤微生物有毒性影響。全部或部分抑制土壤生化反應(yīng)。與礦物元素的拮抗作用和協(xié)同作用。47、牙齒照片顯示重金屬吸收后植物：A:收集后壓制植物的