重金属污染土壤的植物修复

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第38卷 第2期 
南科技学院学报 
2010年6月 
Vo1.38 No.2 
Journal of Henan Institute of Science and Technology 
Jun.2010 
doilO.3969 ̄.n.008-7516.2010.02.012 
重金属污染土壤的植物修复 
牛立元 
(河南科技学院,河南新乡453003) 
摘要:对重金属污染土壤植物提取作用(主要是螯合诱导植物修复)的概念、基本原理、主要方法及存在问题 进行了综述.植物修复是指利用绿色植物从环境中清除污染物或将其转变为无害形式的过程.即植物一生物修 
复,主要包括植物提取、植物过滤、植物固定、植物挥发和植物降解作用,其中植物提取因具有成本低、能够保持 土壤肥力等特点,越来越受到人们的重视. 
关键词:螫合诱导植物修复;重金属污染;植物修复;土壤 
中图分类号:X53;X171 文献标识码:A 文章编号:1008—7516(2010)02—0047—05 
Phytoremediation of heavy metal contaminated soils 
Niu Liyuan 
Henan nsiute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China) 
Abstract:The conceptprnciplesmain methods and existng problems of phytoextacton(mainly chelate-induced phytoremediaton)of heavy metal contaminated soi were reviwed.Phytoremediaton i the proces t use green 
plants to remove pollutants from the environment or to transform the pollutants into harmless fors,also known as 
plants-bioremediation.It includes phytoextracton,phytofhration O1"rhizofhraton,phytov0latiizati0n,phytostabilizaton and phytodegadation.Phytoextraction,which has a low cost and is able to maintain soil fertiliy,has been paid more and more attenton rcenty. 
Key wordS:chelate—induced phytoremediation,heavy metal polution,phytoremediation,soi 
由于矿产资源的大规模开采、冶炼,化肥、农药的不当使用等人类生产活动致使水体、土壤 
重金属污染程度日益严重.2008年以来戚国相继发生了贵州独山、湖南辰溪、广西河池等砷污 染事件、陕西凤翔儿童血铅超标、湖南浏阳镉污染等多起事件,已经引起国家及相关部门的高 度重视.国家环境保护部还协调有关部门在2010年度设立了l0亿元的重金属污染防治专项 资金,重点支持铅、汞、镉、铬、砷等重金属污染企业综合整治、清洁生产工艺改造、污染防治新 技术示范和推广等项目【与有机污染物不同.土壤中的重金属不能被生物分解,它只能由一种 氧化状态变成另一种状态.目前,土壤重金属污染的治理途径按使用手段的不同分为物理修复、 化学修复和生物修复三种类型,具体包括固化、稳定、化学处理、土壤洗涤、电动修复、生物沥滤 和植物修复等多种方法[植物修复,尤其是植物提取修复,因其具有成本低、不破坏土壤生态环 境、能够集中处理、不易造成环境二次污染等特点,是目前最有发展前景的植物修复方法之一f 
1植物修复概念及类型 
植物修复是指利用绿色植物从环境中清除污染物或将其转变为无害形式的过程 。又称 
收稿日期:2010-3—21 
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2010生 河南科技学院学报(自然科学版) 
植物一生物修复或绿色修复嗣,主要包括下述几个方面:①植物提取作用——利用能够积累污染物的植物 
从土壤中吸收、浓缩无机和有机污染物并将其转移至地上部分的环境生物工程技术;②植物过滤(根系 过滤)作用——利用生长在污染水体中的植物根系或幼苗从水体中吸收或吸附、沉淀和浓缩污染物的 
技术:③植物固定作用——利用植物降低污染物的挥发性,使其转化成无害的稳定形式,减少沥滤及空 气传播对环境造成危害的技术:④植物挥发作用——利用植物从土壤中抽提可挥发的重金属,并通过其 地上部分将其挥发除去的技术:⑤植物降解作用——利用与植物相关的微生物将土壤中的有机污染物 分解除去的技术. 
其中①~④均可以应用于土壤重金属修复,可以真正将污染物从土壤中清除出去用,而植物抽提是土 壤重金属植物修复中最重要的一种环境生物工程技术【植物抽提目前主要采用能够积累高浓度重金属 的天然超积累植物进行修复(持续修复)和使用化学/螯合剂诱导高生物量农作物的重金属积累能力进 行修复f螯合诱导植物修复)两种策略[ 
2超积累植物的持续修复作用 
很早以前.人们就知道某些植物具有吸收和积累重金属的能力,Astagalus spp可以积累占其干重 0.6%的硒㈣、A s m地上部可以积累超过其干重l%的镍[人们将重金属的积累量超过一般植物100 
倍以上的植物称为重金属超量积累植物(hypeaccumulor plant 超量积累植物对镉、砷等微量元素 的积累量可达到100 mg/kg(DW),钴、铜、铬、铅积累量达到1 000 mg/kg,而锰和镍的积累量则可以达到 
10 000 mg/kg以上,现已有400多种植物被鉴定为天然重金属超积累植物. 
利用超量积累植物持续地从土壤中吸收、积累重金属是重金属污染土壤植物修复的最基本形式,持 续植物修复研究大多都集中在一些超积累植物如Thlaspi c r ze¥ ̄e1S[~1、ThlaspiRotondifolum【J和 
Alysu ̄lsbicumI由于自然存在的超量积累植物一般都生长缓慢、生物量小,在其植物修复过程中能 够清除的重金属数量极其有限f_训.超量积累植物修复研究的一个重要方面是对传统的农作物进行筛选 或遗传改良使其具备超量积累重金属的能力,另一个方面是积极寻找新的超量积累植物. 
3螯合诱导植物修复作用 
R0binson和Gabiu等认为能够用于植物修复的理想的植物必需具备下列几方面的特点:①能够 耐受高水平的重金属,②可以积累较高浓度的重金属,③生长迅速,④生物量大,⑤具有高的地上/地下转 移比率.⑥有发达的根系f2J 
许多农作物生长迅速、生物产量大,并对某些重金属具有很高的吸收能力i但如果将这些农作物直 接应用于植物抽提过程也存在一些问题.一是根系对重金属的吸收能力较低,二是重金属由根系向地上 
部分转移的比率较低[这些问题可以通过向土壤中施人螯合剂的方法得以解决。即螯合诱导植物修复 作用.目前,许多植物抽提研究集中在Ze0 mays、Nicotana abac m、Brassic0 “nceⅡ、A eno satva,HDrdeum vulgare、Pisum satv口和Helanthus觎/ 等作物的植物抽提研究方面[ 3 3。1螯合诱导植物修复过程 
螯合诱导植物修复过程主要包括下述几个步骤:①对修复地点的污染状况进行评估,确定合理的螯 
合剂及作物组合方式:②对修复地点土壤进行整理,种植合适的作物;③待作物生长到一定阶段,具有较 大的生物量时施人螯合剂:④经历数天或数周重金属的吸收、积累之后,将作物收获;⑤将收获的植物灰 化或以堆肥方式进一步减小其重量或体积,按危险l物品处理方式进行处理,如果经济上可行也可以进 
行重金属的回收 . 
使用1 10 mmolL(kg 土壤)或更高浓度EDTA(ethylnediamine tetaace acid,EDTA)EDDS(is, s,卜ethylnediaminediuccini cid,EDDS)等螯合剂处理,一般可以使植物地上部铜、铅、锌、镉和镍积累 水平分别增加1.5~135、2. 1000、1.4~4.5、1.3~3.3和1.8~2.8倍[ 】Blylck及Huang等曾分别报 道每hm/植物每年可以从土壤中吸收180~530 kg的铅。经过10年的连续种植可以将铅污染土壤 2 500 mg/kg)完全修复[ 
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牛立元:重金属污染土壤的植物修复 第2期 
3.2螯合诱导植物修复机理 
螯合诱导植物修复机制涉及土壤重金属的动员、植物根系对重金属的吸收、重金属进入根系的途 径、方式、重金属由根系向地上部分的转移以及地上部分的卸载和分配等许多环节然而至今为止,螯合 诱导植物修复机理的许多问题仍不完全清楚 . 3.2.1提高土壤中重金属的可利用性EDTA、EDDS等螯合剂可以显著增加铅、锌、镉、铜等重金属的溶 解度,增加土壤中重金属的植物可用性向土壤中施用1~10 mmo ̄Kg的EDTA、EDDS等螯合剂一般可以 使土壤水溶性铜、铅、锌、镉含量分别增加4.1~300、5.7 507、1.3~7.0和3.0 149.0倍【笛瑚,螯合剂可以 将重金属从土壤胶体、有机物以及铁、锰氧化物中溶解出来提高生物的可利用性.提高土壤中重金属的 可利用性是螯合剂提高植物重金属积累能力的前提条件. 
3.2.2诱导植物根系细胞膜透性变化,增加根系对重金属的吸收
许多实验结果已经直接或间接地表 
明,高浓度的螯合剂处理可以导致根系控制正常离子跨膜吸收生理机制的伤害[重金属积累实验显示 螯合剂对重金属积累的诱导作用与处理浓度有关,在低浓度条件下植物体内重金属的积累水平随螯合 剂处理浓度的增加而缓慢增加,当螯合剂的处理浓度达到或超过一定浓度之后 植物体内重金属的积累 水平随螯合剂浓度的增加而快速增加f二相吸收现象1二相吸收现象间接表明根系伤害确实存在,并且 还是决定重金属积累水平的重要限制性因素. 
3.2.3促进重金属由根系向地上部分的转移
EDTA等能够促进重金属从地下部向地上部的转运[ 
Tandy等利用铜、锌、铅单独或与EDDS共同处理向日葵6 d,铜、锌、铅单独处理植物根部铜、锌、铅含量 分别是与EDDS共同处理的350、77和26倍;地上部分铜、锌含量分别是与EDDS共同处理的2倍、11 倍;而与之相反,铅单独处理地上部铅的吸收很低,比Pb—EDDS复合处理低22倍 .利用5 mmolkg 
EDDS处理玉米可以显著促进地下部铜、锌向地上部的转运,玉米地上部铜、锌含量分别占植物体铜、锌 总量的84.3%(对照7.9%)和62.59%(41%);玉米地上部镉、铅含量分别占植株总镉、铅量的63.4%(对 照37.5%)和40.9%(对照5.2%). 
3.2.4改变重金属在植物细胞中的分布螯合剂处理对重金属在植物细胞内的分布也影响显著。但其结 果并不一致.arvis和Leung认为铅主要存在于根系细胞的细胞壁、线粒体、细胞间隙,而Pb—EDTA则主 要被运输至地上部分存在于线粒体、叶绿体等部位[;而Crwdy和Tanton则认为Pb—EDTA主要分布 于根系、叶片的质外体空间,而原生质体部分则很少 .由于Pb—EDTA分子量较大,一般带负电荷,且到目 前为止在细胞膜还没有发现相关的载体 ,因此Pb—EDTA等金属螯合剂复合物可能更多地存在于细胞 的质外体部分. 
4螯合诱导植物修复研究中存在的问题及对策 
螯合诱导植物修复虽然成本较低,可以保持土壤的自然理化性质,但仍存在一些急需解决的问题:① 螯合剂使用之后会在土壤中留下较高浓度的螯合剂(毫摩尔级),可以引起土壤重金属的沥滤作用,溶解 的大部分重金属会渗入下层土壤或地下水,导致深层土壤和地下水的污染,并伴有植物必需金属元素的 自然流失; ̄)EDTA等合成螯合剂由于在土壤中半衰期较长,残存的高浓度螯合剂对土壤微生物活动及 植物的正常生长有明显的毒害作用等:③螯合诱导植物修复过程涉及的许多机理性问题仍不清楚.严重 制约了螯合诱导植物修复的实际应用.由于上述问题的存在,因此积极寻找适合于植物修复使用的低 毒、高效螯合剂,优化螯合诱导植物修复条件,建立合理的实施方案降低土壤重金属的沥滤可能是目前 螯合诱导植物修复研究中应重点解决的问题. 
参考文献: 
1】骆之明.我国10亿专项资金提速重金属污染治理[EB,0L]htp:newsxinhuanetcorpolcs/2010一O1,l1,content_
127 
87542.htm. 
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本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/7c2c0962f46527d3240ce0d2.html

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