利用超富集植物修复重金属污染的环境

论文题目：超富集植物修复受重金属污染环境的技术探讨

姓名：陈爱萍

系别：市政与环境工程系

学校：天津城市建设学院

指导教师：吴丽萍

申报日期：03.9.19

超富集植物修复受重金属污染环境技术探

讨

摘要：植物修复是一种利用植物来净化、钝化或固定环境污染物从而去除或减少环境污染的一种环境治理技术。在受污染的环境中植物对重金属具有特殊耐性和富集能力的“超富集植物”可以迅速将大量的污染物吸收和富集到植物体中并运输到植物上部，通过收获植物、焚烧后回收重金属，从而降低土壤或水体中重金属的含量实现治理的目的。

关键字：超富集植物修复转基因植物二次污染

工矿业、冶炼业及电镀业等工业产生的重金属废料排放到水体或积聚在土壤中造成了水体和土壤的污染，同时重金属还在环境中迁移、转化和富集，通过食物链的“生物放大”作用，对人体健康造成极大的威胁。重金属元素在环境中的自然净化过程十分漫长，一般需要上千年时间，一旦进入环境就很难去除，目前世界上有超过一亿的人口暴露在重金属元素逐渐上升的有毒环境中，其中至少有数百万遭受症状不明显的金属中毒，像日本出现的水俣病和骨痛病就是分别由汞、镉中毒而引起的。下列是一些典型的重金属元素在大气、水和土壤中的释放量。

几种典型重元素的全球释放量

由于重元素的难降解性，对其去除我们必须采用特殊的方法，传统上处理重金属元素污染的方法是挖掘一个场地将这些受污染的土壤搬运后掩埋，然而这种方式不但费时、耗资，更造成环境再度污染。从八十年代起，科学家提出了用一些特殊的植物吸收重金属元素的方法来逐渐去除被人为排放到环境中的重金属元素，这些特殊的植物即超富集植物。超富集植物修复受重金属污染的环境的机理就是将重金属元素从土壤中吸收积聚在植物体内，通过收割植物带走重金属，从而逐步清洁环境。以下列举了一些常见的可作修复重金属元素污染的超富集植物。

蕨类植物蜈蚣草这种植物具有很强的超富集能力，其叶片含碘量可达千分之八，能够抵受含碘量为3%的受污染环境。它的富集能力随着生长发育不断增强，超富集特性还可以遗传给下一代。在我国南方的湖南、广西等地大面积存在，其生长旺盛，个体高大。

紫茬苜蓿对铅有很强的富集能力，其根、茎、叶的富集能力依次为根〉茎〉叶，紫茬苜蓿的生物量很高，可大面积种植。

芥菜不仅可吸收铅，也可吸收并积累铬、镉、镍、锌和铜等重金属元素，春天时在野外大面积生长，是一种野生植物。

凤眼莲素称水葫芦，是一种浮生植物，每公顷凤眼莲1天可从污水中吸收银1。25千克，吸收金、铅、镍、镉、汞等有毒金属2。175千克。

除了以上这些植物，一些其它的水生和沼生植物如水浮莲、水风信子、菱角、芦苇和蒲草等都能从污水中吸收金、银、汞等多种总金属元素。自然界中存在的超富集植物有限，科学家利用转基因工程创造出了一些人工超富集植物，日本的转基因植物花椰菜能够在土壤镉浓度高达百万分之四十五的极恶劣环境里生长，并能有效吸收土壤中的镉等重金属。

拥有了超富集植物我们就可以利用植物修复重金属元素污染的环境，理论上利用超富集植物修复污染环境的技术可以将各种重金属元素从土壤或水体中提取出，但由于气候、地理、环境等诸多因素，超富集植物修复技术在实施过程中会受到制约，大致表现在以下几个方面：

一、超富集植物通常只能富集某些个别元素

在多元素污染的土壤环境中，这类超富集植物无法将环境中所有污染物去除，从而使得环境修复的过程无法继续下去。还有一些重金属元素他们在共同存在时会产生拮抗作用，使得原本可大量吸收其中一种或几种有毒元素的超富集植物的吸收量减少甚至无法吸收。许多重金属元素都是有毒物质，超富集植物虽然也能吸收一种或几种有毒元素，但对于同时存在于土壤和水体中的其他有毒元素它不仅不能吸收有时还会因那些有毒物质的影响造成自身细胞坏死，从而使得该植物无法发挥其应有的修复作用。

二、许多超富集植物生长缓慢且生物量低

这类超富集植物即使能富集大量重金属元素，因其对时间的要求过长，生物量低，所以用其修复环境并不理想。

三、超富集植物的农艺性状、病虫害防治、育种潜力以及生理学的研究不完备

这类植物通常较稀少，生长在边远地区，有可能他们的生长环境正在受到采矿、开发和其他活动的威胁。

虽然超富集植物修复环境的技术因超富集植物存在以上的限制性因素而受到制约，但我们也可以通过人工的方法改进一些工艺，将这些因素消除或降低，如通过使用土壤改良剂使超富集植物高产，使植物对重金属积累的速率和水平提高。研究表明一些农作物如玉米和豌豆可以大量吸收铅，但达不到植物修复的要求，在土壤中加入人工合成的螯合剂之后，可以促进作物对铅的吸收及其向茎的转移，在土

壤中加入螯合剂以后还可以增加芥菜对铅的吸收。近几年来的多个田间试验证明这种化学与植物综合技术是可行的。

添加化学添加剂等化学方法可以活化土壤重金属，提高植物对土壤中的重金属吸收的有效性，但其对生态风险问题，我们也应该仔细评价和研究。除了利用化学与植物综合技术来消除植物直接修复技术在应用时的一些制约，我们还可以将生物学应用到植物修复技术中去，简单的讲就是通过改良超富集植物的遗传特性来提高植物对污染物的耐性、富集能力或超富集植物的生长速度或生产量，日本、美国的科学家利用转基因工程改良出的一些植物符合以上的一些特点，说明生物学和植物的综合技术也是可行的。

与现代的物理、化学修复方法相比，存在着许多优点：（1）可现场进行，减少了运输费用和人类直接接触污染的机会，以原位方式进行可使对污染位点的干扰和破坏达到最小，而在修复时，场地还可照常用于生产;（2）生长成才的超富集植物收割后可作重金属提取的原料，通过回收植物中的贵重金属，由可进一步降低植物修复的成本;（3）投资和维护成本低，操作方便，不造成二次污染，有潜在或显在的经济效益。但是利用超富集植物修复受污染的环境技术还存在某些隐患：（1）生长成功的植物对附近的草食性动物而言是有危险的；

(2)转基因超富集植物对生态安全性可能造成一定的影响；(3)化学添加剂也会有一定的生态风险。

超富集植物修复重金属元素污染的环境在理论体系、修复机理和修复技术等方面虽然还不是十分完备，但就某些试验型场地上得出