植物修复

（3）重金属去除
植物通过根系吸收、浓缩和沉淀水体中有毒有 害重金属是非常具有吸引力的一种含重金属废水的 处理方法, 是目前研究的热点问题。
用于修复水体污染物的植物大多是沉水和水面 漂浮植物, 其中如绿藻对Cd、Hg、Cu、Pb 的去除 率可达80%-90%;黑麦草对黄金废水不仅有很强的净 化能力, 而且也具有很高的富集功能, 其根部的含 金量最高可达784 g/t (干重)。
（1）植物修复有机污染物
植物修复有机污染物的方式主要以植物固定、 植物降解为主。
紫花苜蓿, 黑麦草, 小蓝茎草已成功地用于土 壤中PAHs的修复,在6个月内可以将PAHs总量降低57%； 银合欢可以吸收和代谢二溴甲烷、三氯乙烯；转基 因胡萝卜根须中聚集的苯酚浓度可达1000mmol/L， 氯酚50mmol/L，在120h内可降解90% 以上的苯酚类 化合物,研究表明根须中的过氧化酶
Phytoextraction
超富集植物是能超量吸收重金属并将其运移到地上 部的植物。通常,超富集植物的界定可考虑以下两个主要 因素:①植物地上部富集的重金属应达到一定的量;②植物 地上部的重金属含量应高于根部。由于各种重金属在地壳 中的丰度及在土壤和植物中的背景值存在较大差异,因此, 对不同重金属,其超富集植物富集浓度界限也有所不同。 目前采用较多的是Baker和Brooks 1983年提出的参考值, 即把植物叶片或地上部(干重)中含Cd达到100μg/g,含Co, Cu, Ni, Pb达到1 000μg/g,Mn, Zn达到10000μg/g以上 的植物称为超富集植物。同时这些植物还应满足S/R>1的 条件(S和R分别指植物地上部和根部重金属的含量)。
（2）有机污染物如农药、杀虫剂、多环芳烃PAH s、 炸药等去除 利用某些植物降解、矿化污染物为毒性弱的小 分子、具有无机物的特性, 修复受污染的水体。 水葫芦可以去除水体中的有机磷农药、染料、 酚、多环芳烃、甲基对硫磷等有机污染物；浮萍、 伊乐藻对杀虫剂DDT降解有明显的作用, 金鱼藻、伊 乐藻或浮萍可以显著降低地表水中异丙甲草胺浓度; 长春花可用于修复受炸药TNT 污染的地表水;龙葵能 有效地降解PCBs。。
History of Phytoremediation
• Raskin coined the term in a 1991 proposal funded by U.S. EPA Superfund Program on metals accumulation Cunningham and Berti (1993) first used the term in the open literature Schnoor et al. (1995) first expanded the term in the open literature to include transformation of organics Brooks (1998) definitive on hyperaccumulation Raskin and Ensley (2000) and Terry and Banuelos (2000) definitive on metals accumulation and other inorganics
（2）有机污染物如农药、杀虫剂、多环芳烃 PAH s、炸药等；
（3）重金属的污染 。
（1）无机营养元素如氮、磷等去除
利用水生植物去除由氮、磷等无机营养元素引 起的水体富营养化问题已有大量研究。
种植莲藕、水稻既可以去除氮、磷, 又有很好 的经济价值；被制成浮床的大椿草、水芹、水荣草、 多花黑麦草等对去除水体中的氮、磷和抑制藻类滋 生均有明显的作用。这些植物发达的根系及与根系 共生或混生的微生物往往共同对水环境起着净化作 用。
Phytostabilization
• 根系降解(Rhizodegradation)
植物中超过20%的营养成分如糖分、氨基酸、 有机酸等都聚集在根部, 因此会生长很多微生物, 尤其在根表面向外1-3mm 的地方, 这些微生物是 没有种植过植物的土壤的3-4 倍。一些微生物可 以同植物相结合促进重金属的降解, 也可以矿化 某些有机污染物如PAHs、PCBs。
Rhizofiltration
Phytohydraulics
三、植物修复在环境污染中的应用
• 植物修复在空气污染中的应用 • 植物在水环境污染中的应用 • 植物在土壤污染中的应用
• 植物修复在空气污染中的应用 氮氧化物NxOy是污染空气的一类主要化合物， NO2同O3在光照的条件下容易形成光化学烟雾，N2O 是一种能引起温室效应的气体，它可以辐射传热, 破坏同温层的O3。某些植物将氮氧化物转化为氨基 酸或以其为氮源加以利用, 利用这些植物去除空气 中的氮氧化物无疑是环保节能的好方法 。
• 植物降解(Phytodegradation)
植物的根、茎、叶吸收或降解污染物, 主要是 有机污染物如PAHs、TPHs、PCBs, 无机污染物如 氮氧化物、硫氧化物。判断这些污染物能否进入 植物体内的指标是该物质在辛醇—水中的分配系 数( logKOW )。logKOW 在1-3.5 之间的物质可以 被植物吸收降解。
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Phytoremediation Overview
二、植物修复的类型及机理
• 植物固定(Phytostabilization) • 根系降解(Rhizodegradation) • 植物积累(Phytoaccumulation) • 植物降解(Phytodegradation) • 植物挥发(Phytovolatilization) • 根际过滤(Rhizofitration) • 植被覆盖(Vegetative cover) • 水力控制（Hydraulic control)
Hiromichi Morikawa 等人详细研究了NO2被 217种高等植物、50种野生草本植物、60种人工培 育的草本植物和107种木本植物吸收和还原为N2的 情况，结果表明辛荑对NO2吸收最高，达12.7mg/g (干重) ；菊科、桃金娘科、茄科和杨柳科有较高 的还原N2的能力。
• 植物在水环境污染中的应用 水环境中的污染大致可分为三类: （1）无机营养元素如氮、磷等；
植物修复技术作用 机理及其运用
山东农业大学林学院 谢会成
一、植物修复概述
（一）生物修复(Bioremediation)： 广义的生物修复通常是指利用各种生物（包括微生 物，动物和植物）的特性，吸收、降解、转化环境 中的污染物，使受污染的环境得到改善的治理技术， 一般分为植物修复、动物修复和微生物修复三种类 型。
Rhizodegradation
• 植物积累(Phytoaccumulation)
也称之为植物提取(phytoextraction) ,植物 根系将土壤中重金属或有机污染物从污染的土壤 中转移到植物的地上部分。一般指那些能累积超 过叶子干重1.0%的Mn，或者0.1%的Co、Cu、Pb、 Ni、Zn，或者0.01%的Cd的植物。目前世界上有 500多种这样的植物。
• Raskin１９９１提出了植物修复（重金属）的概念 • Cunningham and Berti (1993)首次在公开的文献中使用植 物修复的概念． • Schnoor et al. 1995 首次在公开的文献中把有机物的转 化也归类于植物修复． • Brooks1998 定义了超积累现象 • Raskin and Ensley 2000 定义了重金属和其它无机物 的积累．
植物种苗对水中重金属的去除作用比植物根的去 除作用更强，利用植物种苗去除水中重金属被称为 种苗过滤，是修复含重金属废水发展的新方向。 渠荣遴等人研究了玉米、豌豆、蓖麻和向日葵等 作物种苗对水体中Zn、Pb、Cu的去除作用，结果表 明:蓖麻对Zn的积累最高，达30.0m g/g； 向日葵对 Pb的积累最高, 达91.6mg/g；向日葵对Cu 的积累最 高, 达24.3 m g/g，其茎、叶中也有一定量的铜积 累。
狭义的生物修复通常是指在自然或人工控制的条件 下，利用特定的微生物降解、清除环境中污染物的 技术。
用于生物修复的生物
• 土著微生物
• 外来微生物 • 基因工程菌
采用基因工程技术，将降解性质粒转移到一些能 在污水和受污染土壤中生存的菌体内定向地构建高 效降解难降解污染物的工程菌。
• 用于生物修复的其他生物 这些生物包括藻类、微型动物、植物等。
植物修复的机理 Mechanisms for phytoremediation
蒸腾作用
植物降解
积累在根中，并向茎叶 转移
促进根际降
EPA (2000)
• 植物固定(Phytostabilization) 利用植物将有毒有害污染物如重金属聚集在 根系地带, 降低其活动性, 阻止其向深层土壤或 地下水中扩散, 但并不为植物利用, 即根系对污 染物起固定作用。
• 总结——缺点
要求植株具有高的生物量；对污染物的耐受性 要高; 受植物根系分布的限制; 受气候、土质等的 影响; 清除污染物所需的时间长; 转基因技术的应 用可能会造成潜在的环境污染等等。但随着各方面 研究和实践的深入, 它必将得到广泛推广与应用, 并为环境保护和治理工作带来新的前景与希望。
• 植物在土壤污染中的应用 土壤中的污染物主要为： （1）有机物如有机农药、石油类(TPH)、酚类、氯 溴代有机化合物等； （2）重金属等。
– hydrocarbons – explosives like TNT and RDX
www.uga.edu/srel/Fact_Sheets/phytoremediation.htm
• Or InorganΒιβλιοθήκη Baiduc
– Heavy metals – radionucleotides
一、植物修复概述
（三）植物修复的历史
一、植物修复概述
（二） 植物修复的概念
利用绿色植物清除环境中的污染物，使其去 除降低或消失称作植物修复(phytoremediation) ( Raskin等.1994)。植物修复的主要对象是有毒 重金属和有机污染物。
一、植物修复概述
What is it?
• Phytoremediation is the process by which various pollutants are removed from soil, water, or air by plants. (Neate) • Pollutants are either organic
Phytovolatalization
• 根际过滤(Rhizofiltration) 根际过滤指将特定的植物种植在有污染的水体 中,利用植物庞大的根系和巨大的表面积过滤、吸收 、富集水体中的污染物后,将植物收获处理,达到净 化污染水体的目的。例如水科植物浮萍和水葫芦可 有效吸收清除水体中镉、铜和硒[15~16]目
• 河岸植被廊道 (Ripiran corridor)
Types of Phytoremediation
• • • • • • • • • Phytoextraction Rhizofiltration Phytostabilization Phytodegradation Rhizodegradation Phytovolatilization Hydraulic Control Riparian corridors Vegetative cover
Phytodegradation
• 植物挥发(Phytovolatilization) • 某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组 织空隙中挥发。如桉树降解三氯乙烯(TCE)、甲基叔 丁基醚(MTBE)，印度芥菜降解硒化合物；烟草挥发 甲基汞。从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的 活性羟基分解。如有毒的Hg2+经植物挥发后变成了低 毒的Hg，高毒的硒变成了低毒的硒化物气体等。有 些元素如Se、As和Hg通过甲基化挥发,大大减轻土壤 的重金属污染。如烟草能使毒性大的二价汞转化为 气态的汞，洋麻可以使土壤的47%的三价硒转化为甲 基硒挥发去除，海藻能吸收并挥发砷,其机理是把 (CH3)2ASO3挥发出体外。