植物修复土壤重金属污染

《植物修复土壤重金属污染》文献综述
内容摘要
通过翻阅这些参考资料和文献,了解到植物修复以其简便、经济、无二次污染等优点成为了众多修复手段中的佼佼者。

了解到植物修复重金属污染的原理以及植物修复的优点，进一步学习到植物修复重金属污染技术与方法和研究动态。

关键词：植物修复土壤重金属污染强化措施超富集植物
第1章前言
土壤重金属污染是一个全球性的棘手问题,农业生产活动中含重金属污水的农田灌溉、污泥的农业利用、肥料的土壤施用和工业生产活动中矿山的开采冶炼,汽车尾气的排放等,使地球上的许多土壤被重金属污染。

这种污染是一个不可逆的过程,污染物在土壤中的滞留时间长,植物或微生物不能降解,重金属在作物的可食部位过量积累后易于通过食物链传递给人或动物,对人类健康带来严重危害。

如世界闻名的日本水俣病骨痛病就是典型的例证。

传统的修复重金属污染土壤的方法主要有客土、填埋、土壤清洗及通过物理化学作用固化、提取等，这些方法都不同程度地存在着处理效率低、运行成本高，破坏土壤原有生物环境等缺陷。

土壤重金属污染的植物修复技术（phytoremediation）是利用植物对重金属的富集作用来降低土壤和水体中重金属浓度或毒性的环境友好型方法。

第2章主题部分
1 植物修复技术
植物修复技术(phytoremediation) ,是指将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上,而该种植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力,将植物收获并进行妥善处理(如灰化回收) 后即可将该种重金属移出土体,达到污染治理与生态修复的目的。

其原理是利用某些对重金属具有超富集能力的植物将土壤中的重金属元素大量地转移到植株体内（特别是地上部分）从而达到修复土壤的目的。

根据其作用过程和机理,重金属污染土壤的植物修复技术可归为3种类型:(1)植物提取(phytoextraction);(2)植物挥发(phytovolatilization) ;(3)植物稳定(phytostabilization)。

但植物稳定只是一种原位降低污染元素生物有效性的途径,而不是一种永久的除去土壤中污染元素的方法。

植物挥发仅是去除土壤中一些可挥发的污染物,并且应以向大气挥
发的速度不构成生态危险为限。

相对而言,植物吸取是一种具永久性和广域性于一体的植物修复途径,已为人们认为是去除土壤内重金属的重要方法。

1.1植物提取修复（phytoextraction）
利用重金属积累植物或超积累植物将土壤中的重金属提取出来，富集并搬运到植物根部可收割部分和植物地上的枝条部位。

植物提取修复是目前研究最多且最有发展前途的一种植物修复技术。

这些植物有两大类：超积累植物和诱导的积累植物。

前者是指一些具有很强的吸收重金属并运输到地上部积累能力的植物；后者则是指一些不具有超积累特性但通过一些过程可以诱导出超量积累能力的植物。

1.2植物挥发修复（phytovolatization）
植物挥发是利用植物的吸收、积累和挥发而减少土壤中一些挥发性污染物，即植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质释放到大气中。

目前，在这方面研究最多的是金属元素汞和非金属元素硒。

植物挥发修复技术只限于挥发性重金属的修复，应用范围较小，而且将汞、硒等挥发性重金属转移到大气中有没有环境风险仍有待于进一步研究。

1.3植物稳定修复（phytostabilization）
利用重金属耐性植物降低重金属的活性，从而减少重金属被淋滤到地下水或通过空气载体扩散进一步污染环境的可能性。

目前，该技术在矿区大量使用，如废弃矿山的复垦工程，各种尾矿库的植被重建等。

植物稳定修复的作用主要有两
方面：一是通过根部累积、沉淀、转化重金属，或通过根表面吸附作用固定重金属。

二是保护污染土壤不受风蚀、水蚀，减少重金属渗漏污染地下水和向四周迁移污染周围环境。

2植物修复的强化措施
2.1植物修复的性能强化
2.1.1作物育种技术的利用
人类除不断改进栽培技术提高产量外，一直在不断地通过育种技术来改造人类所需求的作物性状。

超富集植物多数是野生植物,人们对它们的生活习性了解甚少,几乎没有现成的栽培模式可循,更谈不上成熟的育种技术。

不过,栽培作物起源于野生植物,野生植物的许多不利于栽培的性状经过人类不断的选择重
组均可成为人类可利用的资源。

通过作物育种技术对超富集植物进行性能改进,提高植物地上部生物量和提高栽培管理水平以大规模的修复应用是完全可行的。

2.1.2化学强化技术
化学强化技术是通过叶面喷施一些化学试剂的方法,人为调控植物的生育状况从而改进植物的修复性能。

根据作用原理可将化
学试剂分为以下几种类型:一是无机营养型,通常由1～2种化肥如尿素、磷酸二氢钾兑水组成液体肥料喷施于叶面上,可以为植物提供N、P、K及微量元素,同时也起到增强叶片光合作用能力,延长叶片寿命等作用。

二是腐殖酸型,以富里酸、胡敏酸等为主要成分,再加入一定比例的N、P、K及微量元素配成营养剂型，不但能为植物提供无机营养,还能提高植物抗病性、抗虫性等。

三是植物生长调节剂型,包括五大类生长调节剂,具有调节植物长势,促进植物成熟,缩短生育期等作用。

四是综合型,由营养元素+农药+外源激素类物质组成,具有补充营养物质, 促进植物生长,提高植物抗病、虫害的能力。

2.1.3 微生物制剂的使用
现已发现某些菌根真菌能够促进植物对重金属的吸收,超富集植物与对重金属吸收能力强的菌根真菌等微生物联合起来的修复作用是改进超富集植物修复性能的有效手段之一,目前已成为植物修复领域重要的研究方向。

这种微生物制剂的使用通常可以提高真菌浸染的成功率,促进菌根真菌与植物根系的共生,从而增强植物修复的效率。

使用方式通常是将特效微生物做成某种剂型,以根部追施的方式与植物相结合。

2.2 植物修复的技术强化
2.2.1污染土壤中难吸收态重金属的活化
重金属进入土壤后,大多数与土壤中的有机物或无机物形成不溶性沉淀或吸附在土壤颗粒表面而难以被植物吸收。

通过一些活化措施,可以增加土壤溶液
中重金属的浓度,从而提高对重金属污染土壤的修复效率。

降低土壤p H值通常会提高土壤溶液重金属的浓度。

2.2.2注重污染土壤的耕翻和整平
污染土壤的耕翻一般要在修复植物一个生长季结束之后或修复
植物播种之前进行。

耕翻深度视土壤污染深度而定
,如果污染较轻,采用常用的机耕用具即可。

如果污染深度过深,就要采用特殊装置。

污染土壤经耕翻后,可以将深处污染物质翻到土壤表层植物根系分布较密集区域,这样可提高植物修复效果。

耕翻后的土壤经过一段时间的晾晒后,在修复植物定植之前,还要对土壤进行整平作业,整平的目的是将结块土壤打碎,促进土壤团粒结构的形成,起到保墒的作用,同时也利于田间管理。

至于是采取垄式栽培,还是撒播、穴播或条播等播种方式要具体情况具体分析。

对于重金属污染土壤,以撒播方式较好,这样可以扩大植物根与重金属接触的表面积。

另外,在
植物生长过程中,结合施肥等作业也可以适当搅动土壤,以便改善根际圈环境,促进根系生长发育和改变重金属的空间位移,促进植物与重金属的接触。

2.2.3利用修复植物的水肥需求规律
影响植物修复效果好坏的一个重要因素是超富集植物地上部
生物量的大小,要提高修复效率就必须促进植物地上部生物量的不断增加。

灌水和施肥是促进植物生长的主要因素,但过量灌水和施肥既浪费资源也不利于植物生长,还可能引起土壤中重金属的扩散。

因此,
掌握了超富集植物的水、肥需求规律,合理进行肥水供应,基本上可以促进超富集植物最大限度地提高地上部生物量。

2.2.4采取必要措施缩短修复周期
温度、光照、土壤水分、空气流通、热量等环境因素对植物生育期影响很大,利用植物对环境条件的反应,可以尽可能
地缩短植物生育期从而缩短修复周期。

还可以采取育苗移栽的方法缩短植物的生育期。

此外,根据超富集植物各生育时期对重金属的积累情况也可以采取一些措施来缩短修复周期。

2.2.5利用种子包衣技术促进超富集植物种子早生快发
超富集植物几乎都是野生植物,野生植物的种子一般都很小,种子直径或最长处一般只有几毫米,有的甚至仅零点几毫米。

种子包衣是给种子包上一层物质(包衣剂),可以防治苗期病、虫、鼠害,同时在包衣剂中配有一定种类和数量的微肥,起到增加幼苗营养和提高秧苗素质的作用,而且也增大了种子的体积,尤其是小粒种子丸粒化技术,利于机械化种植。

可见,包衣技术的利用可能植物修复大规模商业化应的不可或缺的关键技术之一。

2.2.6注意病虫害的防治
植物能否正常生长,除了土壤及温度、光照等环境条件外,病害和虫害也是重要影响因素,因此要做好病、虫害的防治工作。

从目前的技术水平看,在栽培调控措施难以凑效的情况下,施用化学农药防治植物病、虫害仍是不可或缺的手段。

在使用化学农药的过程中,应选用一些残毒小、降解快的农药,以免引起对环境的二次污染。

当然,
能使用一些植物源等“环保”农药更好。

2.2.7修复植物的搭配种植
重金属污染土壤多数是几种重金属混合在一起的复合污染,而超富集植物往往只对其中一种重金属具有提取作用,只种植一种超富集植物每次仅能治理一种重金属,待这一种重金属治理完之后再种植另一种超富集植物去治理其余的重金属,如此进行下去既废功又耗时。

因此,根据土壤污染情况,将几种具有不同修复功能的超富集植物搭配种植,既可以提高修复效果又可以节省修复时间。

第3章总结
植物修复不仅是一条绿色的，生态的净化途径，一种符合公众心理需求的新技术，而且也是一种经济有效的净化的方案。

它既能回收金属所具有潜在的经济价值，又能使土壤保持结构和微生物的活性，因此是一种廉价有效颇具吸引力的原位绿色技术。

尽管植物修复土壤重金属污染具有明显的优点，但在修复的过程中也存在一些问题：（1）目前发现的效果较好的重金属超累积植物种类有限，且生物量小。

（2）由于植物对重金属元素总有一定的受纳限度，植物修复较难满足高浓度的污染治理的需要。

根据目前国内外对植物修复技术研究的现状，在今后的研究工作中可考虑从以下方面进行：（1）加强植物修复技术与其它修复技术的联合使用，如植物修复与生物技术联合、植物与化学调控剂的联合使用，以提高植物对污染物质的吸收、转化水平，提高修复的效率。

（2）加强对污染物植物修复机理的研究工作，筛选对重金属能有效治理的超积累植物。

（3）由于微生物对土壤中重金属污染修复具有重要的作用，以后的研究中应注重植物根际微生物对植物修复的影响研究，提高植物对土壤重金属污染的修复作用。

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