重金属的植物修复

生物修复
植物去除
植物挥发 植物降解
植物修复
根际圈微生物降解 植物固定/稳定化
环境修复原理与技术
（1）植物净化空气
吸滞放射性物质 吸收有害气体
减弱噪声
净化空气
滞尘
吸收CO2
除菌和杀菌
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（2）植物提取修复
利用重金属超积累的陆生或水生植物从污染土壤或水体中 超量吸收、积累一种或几种重金属元素，并富集运移到植 物根部可收割部分和地上枝条部位，之后将植物整体(包 括部分根)收获并集中进行热处理、化学处理或微生物处 理。然后再继续种植超积累植物以使土壤或水体中重金属 含量降低到可接受的水平。 许多陆生和水生植物能提取土壤和水体中的重金属。
如：野生蕨类植物
凤眼莲（水葫芦）绿萍 菱角 富集土壤中的Cd和Zn 水中汞、镉等重金属
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（3）植物挥发修复
利用植物将水体和土壤中的一些挥发性的污染物 吸收到植物体内，然后再将其转化为气态物质释 放到大气中，从而对污染水体和土壤起到治理的 作用。 易挥发性的重金属修复方面，如汞、硒、砷
积累 沉淀
A 根分泌物质
污染物质
失去生物有效性
减少毒害作用 B 植物生长
减少
风蚀、水蚀
防止
污染物质扩散、迁移
防止污染周围环境
固化植物：吸收积累量不太高，可在污染物质含量高的土壤上正常生长
针对：重金属污染。如废弃矿山的复垦工程，铅、锌尾矿库的植被重建等。
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5.1.2 植物修复的优势及存在的问题
植物排泄的途径通常有两条：
一、经过根吸收后，再经叶片或茎等地上器官排出去。 二、经叶片吸收后，通过根分泌排泄。
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植物根吸收污染物后，经体内运输会转移到各个 器官中去，当这些污染物质含量超过一定临界值 后，就会对植物组织、器官产生毒害作用，进而 抑制植物生长甚至导致其死亡。植物为了生存， 会分泌一些激素(如脱落酸)来促使积累高含量污 染物质的器官如老叶加快衰老速度而脱落，重新 长出新叶用以生长，进而排出体内有害物质 。
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（4）植物吸收、排泄和积累间的关系 植物对污染物质的吸收、排泄和积累的过程始终 是一个动态过程(图5-3)，在植物生长的某个时期 可能会达到某种平衡状态，随后因一些影响条件 的改变而打破，并随植物生育时期的进展再不断 建立新的平衡，直到植物体内污染物质含量达到 最大量即临界含量，亦即吸收达饱和状态时，植 物对污染物质的积累才基本不再增加。
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（4）植物降解修复
利用某些植物特有的的转化和降解作用去除水体和土壤中 有机污染物质的一种方式。 修复途径主要有两个方面：
A 污染物质 植物体 木质化作用
矿化为CO2和 H2O 如：硝基还原酶和树胶氧化酶可以将弹药废物如TNT分解 B 根分泌的物质直接降解根际圈内有机污染物 如：漆酶对TNT（三硝基甲苯）的降解， 脱卤酶对含氯溶剂如TCE（三氯乙烯）的降解等
用富集系数来表征植物对某种元素或化合物的积累能力， 即
富集系数=植物体内某种元素含量/土壤中该种元素含量
用位移系数来表征某种重金属元素或化合物从植物根部到 植物地上部的转移能力，即 位移系数=植物地上部某种元素含量/植物根部该 种元素含量 富集系数越大，表示植物积累该种元素的能力越强。 位移系数越大，说明植物由根部向地上部运输该元素能 力越强，利于植物提取修复。 当植物吸收和排泄的过程呈动态平衡时，植物虽然仍以某 种微弱的速度在吸收污染物质，但在体内的积累量已不再 增加，而是达到了一个极限值，叫临界含量，此时的富集 系数称为平衡富集系数。
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（3）植物积累 进入植物体内的污染物质虽可经生物转化过程成 为代谢产物经排泄途径排出体外，但大部分污染 物质与蛋白质或多肽等物质具有较高的亲和性而 长期存留在植物的组织或器官中，在一定的时期 内不断积累增多而形成富集现象，还可在某些植 物体内形成超富集。
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图5-2 植物修复作用原理示意图
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5.2.1 植物吸收、排泄与积累
（1）植物吸收 植物为了维持正常的生命活动，必须不断地从周 围环境中吸收水分和营养物质。 植物具有广泛吸收性，除对少数几种元素表现出 选择性吸收外，对不同的元素来说只是吸收能力 大小不同而已。
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吸收机理可能有3种：
1 2 3
通过适应 性调节后 而产生耐 性，吸收 污染物质
完全的 “避”作 用
在土壤污 染物质含 量很高的 情况下正 常生长
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（2）植物排泄 植物需要不断地向外排泄体内多余的物质和代谢废 物，这些物质的排泄常常是以分泌物或挥发的形式 进行。
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第五章 污染环境的植物修复原理
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5.1 植物修复概述
5.1.1 植物修复的概念 植物修复：以植物忍耐和超量积累某种或某些化 学元素的理论为基础，利用植物及其根际圈微生 物体系的吸收、挥发、降解和转化作用来清除环 境中污染物质的一项新兴的污染治理技术。
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植物修复应用范围： a. 利用植物修复重金属污染的土壤 b. 利用植物净化空气和水体 c. 利用植物清除放射性核素 d. 利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中 的有机污染物
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图5-1 植物修复与生物修复的关系及主要修复方式
微生物降解
微生物修复
微生物转化
植物净化空气 植物提取
优势
1 2 3
开发和应用 潜力巨大
符合可持续 发展战略的 理念
易于为社会 接受
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存在问题
不确定性和 多学科交叉 性
受植物栽培 与生长的限 制
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5.2 植物对污染物的修复作用
修复原理：主要是通过植物自身的光合、呼吸、 蒸腾和分泌等代谢活动与环境中的污染物质和微 生态环境发生交互反应，从而通过吸收、分解、 挥发、固定等过程使污染物达到净化和脱毒的修 复效果。
植物组织
无毒或毒性小
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（5）根际圈生物降解修复
利用植物根际圈菌根真菌、专性或非专性细菌等 微生物的降解作用来转化有机污染物，降低或彻 底消除其生物毒性，从而达到有机污染水体或土 壤修复的目的。
植物
水分 养料 降解有机物的原料
微生物体系
根分泌物质
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（6）植物固定/稳定化修复