土壤重金属污染的现状及植物修复研究进展

土壤重金属污染的现状及植物修复研究进展
《环境生物技术》结课论文
学院：生命科学学院
专业：生物工程
年级：三年级
姓名：郑洪胜
学号： 0809030311
教师：白宁宁
2011-6-22
土壤重金属污染的现状及植物修复研究进展
【摘要】：本文在评述了金属污染物来源和分布的基础上,概括了植物修复的
核心——超积累植物的研究现状，并分析了它的优缺点及技术发展方向，旨在为重金属污染土壤的有效修复提供科学的依据。

【关键词】：重金属污染土壤植物修复超积累植物
土壤是人类及众多生物赖以生存繁衍发展的物质基础之一。

污染物通过水体、大气间接或直接进入土壤中，当其积累到一定程度、超过土壤自净化能力时，土壤的生态服务功能将降低，进而对土壤动、植物以及微生物产生影响。

重金属是土壤重要污染物之一。

重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。

砷、硒是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。

环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物。

目前，世界各国土壤存在不同程度的重金属污染，全世界平均每年排放Hg约1.5万t、Cu为340万t、Pb为500万t、Mn为1500万t、Ni为100万t。

土壤中进入的重金属不能被土壤微生物所分解，而易于积累，转化为毒性更大的甲基化合物，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康。

重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程。

许多重金属物质一旦进入土壤造成污染, 光靠土壤本身的自净功能需要数百年时间才能降解或者转化。

某些重金属土壤污染靠土壤稀释、自净化作用是无法消除的。

土壤污染一旦发生, 仅仅依靠切断污染源的方法往往很难恢复, 必须靠人工主动修复方法才能解决问题。

治理污染土壤通常成本较高、治理周期较长。

（一）土壤重金属污染现状
土壤中重金属的来源是多途径的，首先是成土母质本身含有重金属，不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大。

此外，人类工业、农业生产活动和交通等也造成土壤重金属污染。

以下主要就受人为作用影响的土壤重金属污染来源进行介绍。

1.1 不同工矿企业对重金属积累的影响
工业过程中广泛使用重金属元素，工矿企业将未经严格处理的废水直接排放，使得它们周围的土壤容易富集高含量的有毒重金属。

企业排放的烟尘、废气中也含有重金属，并最终通过自然沉降和雨淋沉降进入土壤。

矿业和工业固体废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗等，重金属极易移动，以辐射状、漏斗状向周围土壤扩散，固体废弃物也可以通过风的传播而使污染范围扩大。

1.2 农业生产活动影响下的土壤重金属污染
农业生产，尤其是近代农业生产过程中含重金属的化肥、有机肥、城市废弃物和农药的不合理施用以及污水灌溉等，都可以导致土壤中重金属的污染。

重金属元素是肥料中报道最多的污染物质，化肥中品位较差的过
磷酸钙和磷矿粉中含有微量的As、Cd 重金属元素。

与传统的有机肥肥源相比，当前有机肥肥源大多来源于集约化的养殖场，大多使用饲料添加剂。

此外，农业生产中的畜禽养殖业也是一个不可忽视的重要方面。

随着规模养殖业的发展，其对周围土壤的污染也越来越严重，其原因是使用的配方饲料中往往添加适当比例的重金属元素，饲料本身也存在被污染的问题，饲料中过量的重金属元素通过所饲养动物排泄到土壤或水域中，或通过有机肥的形式施入农田。

1.3 交通运输对土壤重金属污染的影响
道路两侧土壤中的污染物主要来自汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘的沉降，而污染元素则主要为Pb、Cu、Zn等元素。

它们一般以道路为中心成条带状分布，强度因距离公路、铁路、城市以及交通量的大小有明显的差异。

如在法国索洛涅地区A71号高速公路沿途重金属Pb、Zn、Cd严重污染。

（二）重金属污染土壤的植物修
复研究进展
传统的土壤重金属污染修复技术有排土填埋法、稀释法、淋洗法、物理分离法和化学法等。

在20世纪80年代初期，土壤重金属污染的植物修复开始起步，目前关于这方面的研究比较多，是一项有发展前景的修复技术。

与传统的处理方式相比，植物修复的主要优点是成本低，处理设施简单，适合大规模的应用，利于土壤生态系统的保持，对环境扰动小，具有美学价值等特点。

植物修复是生物修复的一种方式，又称绿色修复，是以植物忍耐、分解或超量积累某种或某些化学元素的生理功能为基础，利用植物及其共存微生物体系来吸收、降解、挥发和富集环境中污染物的一项环境污染治理技术。

随着对重金属植物修复技术的研究，特别是耐重金属和超富集植物及其根际微生物共存体系的研究、根际分泌物在微生物群落的进化选择过程中的作用、以及根际物理化学特性研究的深入，植物修复技术的涵义和应用将得到延伸。

根据其作用过程与机理，金属污染土壤的植物修复技术可归为3种类型：
（1）植物固定：植物固定是利用耐重金属植物降低重金属在土壤中的迁移性,从而减少重金属被淋滤到地下水或通过空气扩散进一步造成环境污染的可能性。

然而,植物固定并没有彻底清除土壤中的重金属,只是将其固定,使其对环境中的生物暂时不产生毒害作用,没有从根本上解决重金属的污染问题。

如果环境条件发生变化,重金属的生物有效性又会发生改变。

因此,植物固定的持久性令人怀疑。

（2）植物挥发：植物挥发是利用植物的吸收、积累和挥发减少土壤中的一些挥发性污染物,主要是指金属元素Hg 和非金属元素Se 。

这种方法对于土壤修复而言,不失为一种有潜力的技术,但却将土壤中的污染物转移到了大气中,具有很大的环境风险。

（3）植物吸收：植物吸收是指利用重金属超积累植物从土壤中富集一种或几种重金属,将其转移并存贮至可收割的部分,经收割后进行集中处理。

但是,超积累植物对金属具有选择性,其它的金属对植物的生长有影响,这种影响甚至是致命的。

而且,超积累植物生长慢、生物量小、大多数为莲座生长,很难进行机械操作,因而不适用于大面积污染土壤的修复。

其中以植物吸收作用最大。

重金属污染的植物吸收修复过程主要利用重金属超累积植物来实现的。

所谓重金属超累积植物是指对重金属的吸收量超过一般植物100倍以上的植物。

超累积植物累计的铬、钴、镍、铜、铅含量一般在0.1%以上，累积的锰、铁、锌含量一般在1%以上。

显然，土壤重金属污染的植物修复技术的成功应用，不仅依赖于植物的选择，根际环境微生物类群与植物根系的相互作用具有明显重要的意义，结合植物与根际微生物的应用可望提供更为有效的金属污染土壤的植物修复技术。

为了提高超积累植物吸取土壤中的重金属，尽管可在土壤中添加化学螯合物，但由于这些化合物使得土壤中的金属过于活化而渗滤造成水污染。

美国加洲大学伯克利分校Steven Whiting及同事建议利用天然土壤中的微生物，一方面，微生物螯合物主要发生在根际；另一方面，微生物螯合物在土壤中存在的时间比化学螯合物存在的时间要短得多，基本上不会造成重金属因活化而淋失。

Whiting等利用锌的超积累植物结合3种根际细菌的应用，结果表明，重金属得到明显的活化，提高了植物对锌的吸取。

由于高浓度的重金属污染对植物的毒害作用，导致较低水平的植物生产量，从而降低植物修复的效率。

植物促生长根际细菌能够直接或间接地影响植物生长，Ma等成功地从镍污染土壤中分离到耐重金属污染并促进植物生长的根际细菌SUD165/26，在具有较高水平重金属污染的土壤中促进植物的生长。

因而研究具有重金属耐性的促植物生长根际细菌的应用将为重金属污染土壤的植物修复提供效果更佳的新方案。

发展与展望
关于土壤重金属污染的植物修复研究已经取得一定了成果，但是和其它污染治理技术一样，植物修复也有其局限性，存在的问题主要有：（1）植物修复只适用于表土或浅层地下水的轻度污染的治理；（2）植物与微生物的联合修复的很多实验都是室内模拟实验和盆栽实验，还有待于在室外污染区验证筛选出来的植物和微生物的修复效果；
（3）关于重金属螯合机理以及影响因素的研究仍需要深入。

随着现代化技术与精密仪器的开发，合成出能被植物根系微生物降解的生物螯合剂和生物活化剂，以避免二次污染的试剂将不是梦想；植物与真菌、细菌以及蚯蚓之类的土壤、水体等动物联合修复的吸收、运输、累积重金属的生理机制的实验已经开展。

可以预测，土壤重金属污染的动物、植物和微生物的联合修复的研究将是未来研究的热点之一。

目前，对于耐性物种的筛选多集中在野外受污染区耐性物种上，但是，己经发现的物种数量和中国的生物资源量相比较只是很小的一部分，所以在中国范围内，进行耐性植物的人工筛选显得尤为重要，采取分子育种、基因工程技术，找出影响耐性品种的关键基因，并克隆复制到植物体内，将具有很强的现实意义。

参考文献:
[1] 周少奇环境生物技术北京科学出版社，2003
（注：本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。

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