植物修复总结概括

植物修复技术

植物修复技术是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染的理论为基础，利用植物及其共存微生物体系消除环境中的污染物的一门环境污染治理技术。

与传统修复方法相比，该技术具有成本低、过程简单、环境友好等特点。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）、有机污染物、放射性元素（Sr、Ur、Cs）、硝酸盐，铵盐，磷酸盐。目前植物修复一般针对污染环境中的重金属。

技术研究发展历程简述

① 50-70年代开始植物修复技术理论研究

这一阶段的研究工作使人们初步认识了植物忍耐重金属的机理，提出了回避机制、排除机制、细胞壁作用机制、重金属进入细胞质机制、重金属与各种有机酸结合机制、酶适应机制、渗透调节机制等。这些“机制”的提出，使人们对植物忍耐重金属的机理有了一个较为全面的认识。

② 70 年代至 90 年代初对超积累植物的研究

1977年Brooks[1]提出了超积累植物的概念，紧接着出现了利用超积累植物消除土壤重金属污染的萌芽。随后，有关耐重金属植物与超积累植物的研究逐渐增多，植物修复作为一种安全、廉价的污染土壤的修复技术被提出，并成为研究和开发的热点。

③ 90 年代后，开始利用基因工程改造超累积植物

20 世纪 90 年代至今，转基因技术在植物修复中的应用日益成熟，利用某些特定基因片段以增加某种植物的耐受性，应用领域不断拓展，并随着科学技术的不断发展，鉴别和分离出的基因种类不断增加，应用范围不断扩大，科技手段和技术水平不断提高，逐步形成了一套比较完善的理论和技术体系。

植物修复几种模式

植物挥发：植物将挥发性污染物吸收到体内后再将其转化为气态物质，释放到大

气中。（二甲基硒转化为二甲基二硒）

植物过滤：指污染物被植物根系吸收后通过体内代谢活动来

过滤、降解污染物质的毒性。（Cr6+ 转化为Cr3+）

植物稳定：利用特定植物的根或植物的分泌物固定重金属，以降低其生物有效性。

（不易移动的物质）

植物提取：利用植物对重金属的吸收，通过收获地上部来达到减少土壤重金属的目的。（蜈蚣草等对重金属具有较强富集能力的特殊超积累植物）

植物转化：植物吸收污染物后，在体内同化污染物或释放出某种酶，将有毒物质降解为无毒物质。

植物辅助生物修复：通过土壤中植物根系及其周围微生物的活动，把有机污染物

分解为小分子产物，或完全矿化为CO

2、H

2

O，降低其毒性。

超累积植物的重金属修复

近年来植物修复技术也越来越多的被应用于土壤重金属污染的修复中，目前近几年中国在土壤重金属污染植物修复研究也颇有建树，且修复技术越来越侧重于生态、场地修复等领域。据农业部对我国24个省市的320个重点污染区的土壤调查结果，在污染超标的大田农作物中，重金属含量超标的农产品产量与面积约占污染物超标农产品总量与总面积的80%以上，尤其以镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)、铜(Cu)污染及其复合污染为主。

本文对目前超富集植物进行了归纳总结，主要就镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)、铜(Cu)4种重金属的相关研究进展进行基本阐述，并对未来研究方向提出了看法，以期为进一步合理有效利用植物修复土壤主要重金属污染提供一定的参考依据。下面是刘星等[2]对常见的重金属富集植物及其植物种类做出的分类，见表1。

镉(Cd)

通过CNKI以及Web of science数据库查询可知，镉是目前研究最火热的重金属，这不仅与我国基本重金属污染现状有关，也与镉的破坏性有极大关系。纵观国内外，许多学者做了很深入的研究，侯伶龙[3]等通过在实验室条件下培养天然的鱼腥草，发现鱼腥草对镉具有一定富集能力，虽然未达到目前超富集植物水平，但因其根系发达，适应性强等特点,是理想的修复镉污染的前景植物。聂发辉[4]通过室外盆栽试验，发现商陆茎叶中Cd含量均超过了100mg/kg，达到超富集植物的标准。Sun等[5]研究发现添加0.1 g/kg EDTA后，龙葵对镉的吸附量较对照组增加了51.6%。李晓婧等[6]研究了油菜、空心菜、茼蒿和苋菜等10中叶菜对不同土壤中镉的富集特征，结果发现在镉浓度较高时会抑制叶菜生长，而在浓度较低时则会促进叶菜生长。在天津潮土中,油菜对镉的富集系数最高为0.336。而在江西红壤中,苋菜对镉的富集系数则高达1.165。陈天欣[7]等研究发现东南景天主要通过分布在浅层土壤的根系吸收土壤生物有效性镉，且对于轻度浅表层的Cd污染土壤有着良好的修复效果。另外龙玉梅等[8]研究发现青葙对广西阳朔、广西河池、天津3个地区不同镉(Cd)污染表现出较强的修复能力，可作为修复 Cd 污染土壤的优选植物。

铅(Pb)

铅在自然界中被植物利用率极低，很难达到富集的标准。刘秀梅等[9]通过温室沙培盆栽实验对铅锌尾矿区附近6种土著植物进行铅含量的研究表明，羽叶鬼针草和酸模可以作为修复被铅污染的土壤的前景植物；Shu等[10]发现香根草是中国铅锌矿复垦中最有效的植物之一；聂俊华等[11]通过温室沙培和土培试验对铅锌

尾矿库36种植物进行筛选，发现香根草、绿野苋菜、羽叶鬼针草、紫穗槐和苍耳等富铅植物；汤叶涛等[12]通过野外调查和营养液培养试验成功在云南兰坪县金顶铅锌矿区筛选出多金属超富集植物一圆锥南芥。

锌(Zn)

目前关于锌(Zn)污染修复较少，因为在自然环境中，锌和铅为共生金属组分，因此在实际环境修复中，需要考虑两者的不同特性，做到统筹兼顾。在这里介绍的是东南景天，东南景天不仅可以有效修复土壤中的镉，而且对锌也具有极强的修复能力。一般情况下，植物体内锌的浓度多为10~100mg/kg，而当土壤中锌浓度为80mg/kg，东南景天地上部分锌浓度可达19674mg/kg，并且在锌浓度为240mg/kg时，东南景天生长并未受到明显的抑制。因此，东南景天不仅表现出对土壤中高浓度锌良好的耐性,而且可以大量富集锌[13-14]。

铜(Cu)

关于重金属铜污染的植物修复中，利用物理或者化学方法修复不仅成本高，而且难度较大，而利用向日葵可使土壤中铜的最大去除率达到85.56%[15]。目前在聂亚平等[16]归纳总结中，非洲刚果地区已发现的铜超富集植物至少有32种，在中国也发现了本土特征种，如海州香薷和鸭跖草；张斌等[17]研究了柠檬香草对土壤中不同浓度铜(200，400，800，1000mg/kg)的修复能力，研究结果表明在柠檬香草对铜有较高的耐受性，修复效果可观。

目前关于重金属污染修复植物，词频最高的六种植物：玉米、东南景天、苎麻、黑麦草、油菜、龙葵，由此我们可以探知玉米是当前国内重金属超富集植物硏究的热点，玉米作为北方最常见的经济作物，具有巨大的修复前景，但是在这里需要注意的是玉米作为可食用的粮食作物，要充分考虑其富集机制，避免重金属在食物链中的富集。就目前阶段，超富集植物东南景天锌(Zn)和镉(Cd)的超富集是今后研究的重点领域。然而在实际的重金属污染土壤修复过程中，往往是多种重金属复合污染，多种重金属可能存在拮抗或者协同作用，这不仅使修复难度加大，而且可能产生更强的毒性，对生态系统产生巨大的破坏作用。

展望

植物修复是一项具有广阔应用前景的修复技术，利用植物修复重金属污染土壤具有成本低、绿色无污染的特点，但也存在一些问题：植物修复技术目前只存在于实验室和田间实验中，实践性较差，另外超累积植物易受土壤性质，湿度等物理性质的影响，且对于重金属复合污染耐受性较差，富集效率低下等缺点。因此，在今后的研究工作中，我们要（1）寻找并培育超积累植物，对一些污染矿区的本土植物展开调查，筛选具有超富集特性的植物。（2）对目前超累积植物进入深入研究，利用基因编辑技术不断创新，不断优化超累积植物的耐受性。（3）加大超累积植物体内富集重金属的回收利用研究，避免二次污染，争取早日形成