环境生物技术综述性论文

鲁东大学生命科学学院学院20 10 －20 11 学年第二学期

《环境生物技术》课程论文

课程号：2522310

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重金属土壤污染的植物修复论文

摘要：土壤重金属污染是当今面临的一个重要环境问题，而土壤重金属污染的植物修复是治理污染土壤的重要手段之一。作者概括了中国土壤重金属污染现状及危害，论述了植物修复技术的类型及其优缺点，并展望了植物修复未来的发展趋势。

关键词：土壤；重金属污染；植物修复；根际圈；螯合剂。

近年来，在世界范围内随着城市化、工业化及农用化学品的过量使用，环境污染、生态破坏的形势日益严峻，严重影响到人类的生存和健康。其中重金属元素对环境的污染和破坏作用尤为严重，越来越受到人们的关注。重金属引起的土壤污染也日益成为环境、土壤科学家们研究的热点问题。环境学家把原子量在40以上的金属称为重金属，是一类毒性很大，具有潜在危害的无机污染物。环境土壤污染方面所涉及的重金属主要是指生物毒性显著的Hg、Cd、Pb、Cr、As，还包括具有毒性的Zn、Cu、Co、Ni、Sn、V 等[1]。它们在土壤和生物体内富集，污染土壤和作物，对作物的生长、产量和品质均有较大危害。它们还能被作物富集吸收进入食物链，具有损害人和动物健康的潜在危险。土壤重金属污染问题已成为全球面临的一个严重的环境问题。

1 土壤重金属污染概述

1.1 土壤重金属污染的特点：随着工业生产的发展，重金属污染日趋普遍，几乎威胁着每个国家。土壤中的重金属污染物大部分残留于土壤耕层，少移动、难降解、毒性大，导致土壤一旦受污染很难恢复。而且被重金属污染的土壤无色无味，很难被人的感官察觉，一般要通过植物（作物）进入食物链积累到一定程度时才能反映出来，所以重金属是影响生态系统安全的一类重要污染物质。

1.2 土壤重金属污染的污染现状：目前，全世界平均每年排放Hg 约1.5 万t，Cu 约340 万t，Pb 约500 万t，Mn 约1500 万t，约100 万t。Ni 据中国农业部进行的全国污灌区调查结果显示，在约140 万hm2 的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%，其中轻度污染土地占46.7%，中度污染占9.7%，严重污染占8.4%，其中以Hg 和Cd 的污染面积最大[4]。在中国重金属污染的土壤中，Cd 污染耕地 1.3 万hm2，涉及11 省市的25 个地区；Hg 污染 3.2 万hm2，涉及15 个省市的21 个地区[5]。中国受不同程度重金属污染的耕地面积已接近 2 000 万hm2，约占耕地总面积的1/5，每年因土壤污染而减产粮食约1000 万t，另外还有1200 万t 粮食污染物超标，两者的直接经济损失达200 多亿元。有许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中Cd、Cr、As、Pb 等重金属含量接近临界值或超标。土壤的重金属污染正严重威胁着人类及生存环境的安全。

2 重金属污染土壤的主要修复方法

2.1传统的重金属污染土壤修复技术通常采用物理和化学方法，如排土填埋法、稀释法、淋洗法、物理分离法和稳定化及化学法等。其原理主要是通过减少土壤表层污染物的浓度，或增强土壤中的污染物的稳定性使其水溶性、扩散性和生物有效性降低，从而减轻其危害。这些传统的修复方法虽然治理效果较好，历时短，但也有许多缺陷，如成本高，难于管理，易造成二次污染，对环境扰动大。微生物法虽然不能降解和破坏重金属，但可通过改变重金属的化学或物理特性而影响重金属在环境中的迁移与转化。尽管微生物修复引起极大重视，但大多数技术仍局限在科研和实验室水平，少有微生物重金属修复的实例报道。

2.2为寻求更有效、可行的解决办法，近年来，一种针对重金属的植物修复技术（phytoremediation）引起了公众及科学界的广泛兴趣。通过金属积累（metal-accumulating）植物吸收、转运并积累从而去除土壤中有害金属（包括放射性物质），被誉为一种低成本、更有效的绿色技术。

概述1983 年美国科学家Chaney首次提出了利用超富集植物清除土壤重金属污染的思想，即植物修复(Phytoremediation)。植物修复是利用植物对土壤中的污染物进行固定、吸收，以清除土壤环境中的污染物或使其有害性得以降低或消失。植物修复是一种可靠的、相对安全的环境友好修复技术，正被世界各国政府、科技界、企业界所关注。其实质是种植对污染土壤中的一种或多种重金属有特殊吸收富集能力的植物（自然生长或者遗传工程培育的），并将其收获妥善处理后，将吸收富集的重金属移出土壤，达到污染治理与生态恢复的目的[2] 。

2.3植物修复的主要手段有植物提取、植物过滤、植物挥发和植物稳定等技术。

2.3.1 植物提取植物提取最早是由Chaney 提出来的，它是指利用一些对重金属具有较强富集能力的特殊植物从土壤中吸取重金属，将其转移、贮存到地上部并通过收获植物地上部而去除土壤中污染物的一种方法。该方法适合于从污染的土壤中去除如Pb、Cd、Ni、Cu、Cr、V或土壤中过量的营养物质如NH4NO3等。植物提取是目前研究最多，最有发展前景的解决重金属污染的技术。植物提取法的关键是寻找一些超积累植物。这些超积累植物需能从土壤中吸取、在体内积累高浓度的污染物；能同时积累多种重金属；生长快、生物量大；抗病能力强。据报道，现已发现Cd、Co、Cu、Pb、Ni、Se、Mn、Zn 超积累植物有45 科500 余种，其中73%为Ni 的超积累植物[27]。近年来，各国科学家们对利用这种植物修复Zn、Pb、Cd和Ni 污染土壤表现出浓厚的研究和开发兴趣。在欧洲、美国、澳大利亚和东南亚国家都启动了超积累植物积累金属生理生化机理、金属吸收效率和农艺管理等方面的研究项目。

2.3.2 植物挥发植物挥发是利用植物根系分泌的一些特殊物质或微生物使土壤中的污染物（主要是Hg、Se、As）吸收到植物体内后转化为气态物质，挥发出土壤和植物表面，释放到大气中。如烟草能使毒性大的Hg2+转化为毒性小得多、可挥发的单质汞Hg(O)。海藻能吸收并挥发砷，其机理是把(CH3)2AsO2挥发出体外。洋麻可以使土壤中47%的三价硒转化为可挥发态的甲基硒挥发去除，从而降低硒对土壤生态系统的毒性。也有人研究报导称可利用转基因植物降解生物毒性汞，即运用分子生物学技术将细菌体内对汞的抗性基因（汞还原酶基因）转导到植物（如烟草和郁金香）中，进行汞污染的植物修复。但植物挥发法将污染物转移到大气中，对人类和生物具有一定的风险，采用此法时其污染物向大气挥发的速度应以不构成生态危害为限。