土壤修复——微生物植物修复技术

植物的生长需要适宜的环境，多数植物具有光周期反应或对
生长环境有特殊要求，在世界范围内引种修复植物比较困难
修复植物的生长周期一般较长，难以满足快速修复污染土壤
的需求 修复植物多数为野生植物，种子小、采集难 缺乏行之有效的筛选植物的方法
有机污染物
放射性元素（Sr、Ur、Cs）
硝酸盐，铵盐，磷酸盐
植物修复地位、分类
微生物转化作用 微生物修复 微生物降解作用 生物修复 净化空气 净化水体
植物净化
植物萃取 植物挥发 植物降解
植物去除作用
根际圈生物降解 植物修复 植物稳定作用
狭义
植物降解
植物固定
大气环境
排泄
大气环境
吸收
吸收
(Alyssumberbolonii)干物质中含Ni量达1%,而灰分中达 10%。 早期的探矿者曾利用寻找指示植物的方法比地质学家更 早发现特定的矿床所在。而植物指示法在美国和俄罗斯 发现铀矿中曾起着重要作用。
植物修复的对象
植物修复主要针对土壤或水体中的无机和有机污染 物，这些污染物包括
重金属（Cd、Cr(Ⅵ)、Pb、Co、Cu、Ni、Zn、As）
植物修复的优势与特点
利用植物提取、挥发、降解作用可以永久性地解决土壤污染问题 修复植物的稳定作用可以绿化污染土壤，使地表稳定，防止污染土壤因风蚀
或水土流失而带来的污染扩散问题
修复植物的蒸腾作用可以防止污染物质对地下水的二次污染
可以尽可能少的减少由于土壤清洁造成的土壤破坏，对环境扰动少，减少来
自公众的关注和担心
经植物修复的土壤，其有机质含量和土壤肥力都会增加，一般适于农作物种
植，符合可持续发展战略
重金属超积累植物所积累的重金属在技术成熟时可进行回 收，从而也能创造一些经济效益
植物修复的过程也是绿化环境的过程，易于被社会所接受
植物修复成本低，可以在大面积污染土壤上使用
从技术应用过程来看，植物修复是可靠的、环境相对安全
•
植物降解（Phytodegradation）
利用植物或植物和微 生物共同作用降解土 壤有机污染物
根际滤除（Rhizofiltration）
利用植物根系吸收、吸 附污染水体中的重金属）
Thlaspi caerulescens
蜈蚣草
印度芥菜
龙葵
成套技术用，具有可行性
植物修复实例
变废为宝
如美国Viridian环境公司用植物修复技 术净化镍污染土壤，每年可以从金属镍 的回收中获取2500美元/公顷的收益。
植物稳定（phytostabilization）
植物稳定：利用耐污染物植物 降低土壤中有毒污染物的移动 性，从而减少污染物被淋滤到 地下水或通过空气扩散进一步 污染环境的可能性。 如Cunningham等等研究了植物 对环境中土壤Pb的固定，发现 一些植物可降低Pb的生物可利 用性，缓解Pb对环境中生物的 毒害作用。
生物浓缩放大，化学定时炸弹
污染物会被生 物浓缩放大， 污染物暂时没 显示危害，是 化学定时炸弹 还没有爆 炸 ——治理 迫在眉睫
植物修复（Phytoremediation）
是指利用绿色植物移除环境中的污染物或使这些污染物变 为无害。近年来，一系列的研究发现以及各学科的交叉研 究使得植物修复这一研究领域发展成为一种潜在的、低费 用和无污染的治理环境污染的新途径 植物修复能够治理包括土壤、水体、大气中的有机和无机
污染土壤的植物修复
植物对土壤退化污染的修复作 用
我国土壤污染的现状
造成土壤污染的原因很多，如工业污泥、垃圾农 用、污水灌溉、大气中污染物沉降，大量使用含 重金属的矿质化肥和农药等等
污染的严重危害
灌溉水源中的镉、 汞、铜、锌等重金 属一旦进入土壤， 就会被农作物吸收， 从而残留在农产品 中。受污染的水源 和农作物还会危及 畜禽健康，使畜禽 产品受到污染
吸收
修复植物
分泌 排泄
挥发
根圈
游离离子
水溶性螯合物
交换态污染物
难吸收态污染物
植物对根际圈污染物吸收、排泄与积累的关系
植物萃取（phytoextraction）
利用能耐受并能积累污染 物的植物吸收土壤环境中
的污染物，将它们输送并
贮存在植物体的地上部分。 是目前研究最多并且最有 发展前景的植物修复技术。
植物挥发（phytovolatilization）
• 利用植物去除环境中的一些挥发性 污染物，即植物将污染物吸收、积 累到体内后又将其转化为气态物质， 释放到大气中。 有人研究了利用植物挥发去除土壤 环境中的Hg，即将细菌体内的汞还 原酶基因转入模式植物拟南芥 （Arabidopsis）中，这一基因在 该植物体内表达后，将植物从土壤 环境中吸收的汞（Hg2+）还原为Hg0， 使其成为气体而挥发。另有研究表 明利用植物也可将环境中的Se转化 为气态形式（二甲基硒和二甲基二 硒）
污染物。主要分为：植物提取、植物稳定、植物挥发、植
物降解、根际滤除
植物修复的概念发展
土壤重金属超富集植物的研究可以追溯到19世纪。 Baumann早在1885年就报道了遏蓝菜属 (Thlaspicalaminare)植物茎叶灰分中的ZnO含量达17%。
Minguzzi和Vergnano在1948年报道,一种庭荠属植物
的技术 植物修复过程依靠修复植物的新陈代谢活动来治理污染土 壤，技术操作比较简单，容易在大范围实施。
植物修复的局限性
修复植物对污染物质的耐性是有限的，超过其忍耐限度的污
染土壤并不适合植物修复
污染土壤往往是有机、无机污染物共同作用的复合污染，一 种或几种修复植物往往难以满足修复要求 虽然有的植物根系最深处可达地面以下几米，但是大多数植 物根系的大部分集中在土壤表层，对于超过修复植物根系作 用范围的污染土壤或不利于修复植物生长的土层，修复难以 奏效
植物修复源自文库，萃取累金属
主提 要到 是植 植物 物修 萃复 取技 技术 术， 。指 的
“植物萃取技术”
• 其本质是通过植物的 光合作用，将分散在 土壤中的污染物泵吸 出来，转移到植物地 上茎叶部位，最后通 过收获植物地上器官 并处理这些器官达到 环境治理、变废为宝 的目的。
植物提取的实验验证
• 吸收重金属以后的植 物：A：采集后压制植 物的一般照片（有黄 斑）；B：X-射线放射 自显影照片（能看出 金属元素所在的部 位）；C：计算机重构 的放射自显影图（能 看出金属元素所在的 部位）。