植物修复技术

植物稳定并没有彻底解决环境中重金属问题。 植物稳定技术的前景：是一项正在发展中 的技术，该技术与原位化学固定技术相结 合会显示出更大的应用能力。
案例
准格尔煤 田矿区
（3）植物挥发
植物挥发：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。
然而在我国开展这方面的工作较晚．到日前 为止，中国的科技工作者陆续发现了Ａｓ的 超富集植物蜈蚣草和大叶井口边草、Ｃｄ的 超富集植物宝山堇菜、Ｍｎ的超富集植物商 陆、Ｚｎ的超富集植物东南景天以及Ｃｕ的 超富集植物海州香薷和鸭跖草
我国学者的研究成果
金松岩通过对２个中国典型的砷矿区土壤与植物的 系统调查与采样分析．发现若干种植物对砷具有极 强的耐性和不同程度的富集能力。砷在蜈蚣草、剑 叶凤尾蕨、酸模、苎麻和蟋蟀草的含量都比较高。 不同采样点芒草地上部含砷量为１３～７６０ｎｌ ｓ／ｋｓ．平均为1６０ｍｓ／ｋｓ。这几种植物对 于砷污染土壤的植物修复研究与应用具有重要的价 值
二：植物修复重金属污染的过程和机理
重金属污染土壤的植物修复技术的类型：
1）植物 提取 2)植物稳定
3) 植物挥发
植物组织积累
植物修复
植物挥发
植物降解
毒素降解菌
植物萃取
植物固定
植物修复重金属污染土壤的机理示意图
(1)植物提取
植物提取：利用重金属超积累植物从土壤中吸 取一种或几种重金属，并将其转移、存储到地 上部分，随后收割地上部分并集中处理，连续 种植这种植物，即可使土壤中重金属含量降低 到可接受水平。
植物修复(Phytoremediation)技术： 是以植物忍耐和超量积累某种或某 些污染物的理论为基础,利用自然生 长或遗传工程培育的植物及其共存 微生物体系,清除环境中污染物的环 境污染治理技术。
植物修复 技术
广义
有机化合物、重金属、 放射性物质
清洁污染 土壤中的 重金属
土壤、大气、 水体
植物修复的方式：
植物挥发： 环境
吸收
植物 体内
转化 释放
大气
（如：Hg 和Se ）
受限制
植物挥发的缺点
植物挥发通过植物及其根际微生物的作 用，将环境中挥发性污染物直接挥发到到其 中会对人和动物产生危险。
三：植物修复有机污染物的过程和机理
传统的有机污染物的生物修复是用微生物来完成的，
有人认为研究植物去除有机物比较困难，因为有机物在 植物体内的形态较难分析，形成的中间代谢物也较复杂， 很难观察其在植物体内的转化，但是与微生物修复相比， 植物修复更适合用于现场修复。 植物主要通过3 种机制降解、去除有机污染物，即植 物直接吸收有机污染物；植物释放分泌物和酶，刺激根
植物修复技术具有巨大的市场潜力,据美国D.Glass 公司估测,到2005年美国植物修复技术市场可达3.7 亿美元.
苎麻
蜈蚣草
遏蓝菜
超积累植物应具有以下特点：
１）对高浓度的金属有较强的忍耐性： ２）可累积相当高浓度的重金属； ３）生长速度较快 ４）较高的牛物量： ５）发达的根系。
超积累植物:
植物修复需要使用超积累植物，超积累植物 是指对重金属元素的积累量超过一般植物100 倍以上的植物。超积累植物积累的Cr、Co、 Ni、Cu和Pb的浓度一般在0.1%以上，而积累 的Mn和Zn浓度一般在1%以上，这一定义现 在已经被广泛接受。到2000年为止，已经发 现超积累植物约为450种，广泛分布于植物界 的45个科，但大多数属于十字花科植物，以 超积累Ni的植物最多，并且一些植物能同时 吸收和积累两种或多种重金属元素，而Zn的 超积累植物约18种。
物。在这个过程中，亲脂性污染物离开土壤基质进入脂含量高的胡 萝卜根中。另一个运用植物从土壤中直接提取有机污染物的方法是
根累积后经木质部转运，随后从叶表挥发。
植物对有机污染物的直接吸收作用
有机污染物源自文库接被植物吸收取决于植物的吸收效率、
蒸腾速率以及污染物在土壤中的浓度。而吸收率反过来
取决于污染物的物理化学特征、污染物的形态以及植物
植物对有机污染物的直接吸收作用
许多化合物实际上是以一种很少能被生物利用的形式被 束缚在植物组织中，普通的化学提取方法无法将它们提 取出来。在有机质很少的砂质土壤中，利用根吸收和收 获进行植物修复证明是可行的，
如Cunningham（1996）利用胡萝卜( Daucuscarota）吸收二氯
二苯基-三氯乙烷，然后收获胡萝卜，晒干，完全燃烧以破坏污染
（1）植物提取 （2）植物降解 （3）植物稳定
（4）植物挥发
还有：根滤作用、植物辅助 生物修复、植物萃取、植物 固定等方式
植物修复技术在环境治理中的应用
清除土壤污染中的重 植物萃取、植物固定、 金属 植物挥发 清除土壤污染中的有 植物降解、转化、挥 机化合物 发和植物激活微生物 降解行为 清除废水中的污染物 根际过滤
环境受到了污染，生态受到了破坏。
各类环境污染
森林的破坏 土地的沙化
重金属的危害
污染物
饮用水
合理的环 境治理技 术
进入人体
土壤-植 物系统
环境治理 技术
化学修复 技术 物理修复 技术 生物修复 技术
微生物修 复技术 植物修复 技术
生物修复技术
一：概述
二：植物修复重金属污染的过程
三：植物修复有机污染物的过 程
植物对有机污染物的直接吸收作 用

化合物被吸收到植物体后，植物根对有机物的吸收 直接与有机物的相对亲脂性有关。这些化合物一旦 被吸收后，会有多种去向：植物可将其分解，并通 过木质化作用使其成为植物体的组成部分，也可通 过挥发、代谢或矿化作用使其转化成CO2 和H2O， 或转化成为无毒性的中间代谢物如木质素，储存在 植物细胞中，达到去除环境中有机污染物的目的。 Jones（1991）指出环境中大多数苯系物(BTEX) 化 合物、有机氯化剂和短链脂肪族化合物都是通过植 物直接吸收途径去除的
蜈蚣草生物量大，富集砷能力强，每年去除土 壤砷的效率为10%左右。收割的蜈蚣草通过砷的固 定剂安全焚烧。
备注：2000年1月8日，郴州市苏仙区邓家塘乡发生一起严重砷污染事故， 导致600多亩稻田弃耕、2人死亡、400多人集体住院，诱发严重纠纷和暴
力冲突。
（2）植物稳定
植物稳定：就是利用耐重金属植物的根际 的一些分泌物，增加土壤中有毒金属的稳 定性，从而减少金属向作物的迁移，以及 被淋滤到地下水或通过空气扩散进一步污 染环境的可能性。 其中包括沉淀、螯合、氧化还原等多种过程。
际微生物的活性和生物转化作用；植物增强根际的矿化
作用。
1、植物对有机污染物的直接吸收作 用
植物从土壤中直接吸收有机物，然后将没有毒 性的代谢中间体储存在植物组织中，这是植物去除环 境中中等亲水性有机污染物（辛醇－水分配系数为 logKow=0.5～3）的一个重要机制。疏水有机化合物 （logKow>3.0）易于被根表强烈吸附而难以运输到植 物体内，而比较容易溶于水的（logKow<0.5）有机物 不易被根表吸附而易被运输到植物体内。
科学家提出的策略：
1：通过调查与分析，寻找新的植物量大的超级累植物。
2：筛选生物量大、具有中等积累重金属能力的植物。
3：采用植物基因技术，培育一些生物量大、生长速率快、 生长周期短的超积累植物。 4：深入研究超积累植物和非超积累植物吸收、运输和积 累金属的生理机制。
基因技术在植物修复中的应用
基因重组技术的运用对重金属蓄积能力差但生物生长量 大,耐寒耐贫瘠的植物进行转基因操作已经付诸实施。多种 生物修复性蛋白基因正被从植物、微生物和动物中陆续分离 出来,如,汞离子还原酶基因merA、汞转运蛋白基因merT、 有机汞裂解酶基因merB、金属硫蛋白基因MT、植物络合素 合成酶基因PCS、铁离子还原酶基因FRO2和锌转运蛋白基 因ZIP[13],,这些基因的发现和克隆为精准地研究重金属再生 物体内代谢的生化机制提供了前提条件,同时也为重金属污 染物形态的生物学控制提供了科学的认识基础。
本身特性。蒸腾率是决定污染物吸收的关键因素，其又
决定于植物的种类、叶片面积、营养状况、土壤水分、
环境中风速和相对湿度等（Jerald等 1995 ， 张锡辉等
2001）。
2、植物释放分泌物和酶去除环境中有机污染物
植物可释放一些物质到土壤中，以利于降解有毒化学物质， 并可刺激根际微生物的活性。这些物质包括酶及一些有机酸，它 们与脱落的根冠细胞一起为根际微生物提供重要的营养物质，促 进根际微生物的生长和繁殖。并且，其中的有些分泌物也是微生 物共代谢的基质。Nichols（1997）研究表明：植物根际微生物明 显比空白土壤中多，这些增加的微生物能增加环境中的有机物质 的降解。Reilley等（1996）等研究了多环芳烃的降解，发现植物 使根际微生物密度增加，多环芳烃的降解增加。Jordahl等（1997） 报道杨树根际的微生物数量增加，但没有选择性，即降解污染物 的微生物没有选择性的增加，表明微生物的增加是由于根际的影 响，而非污染物的影响。Siciliano 等（1997）通过研究也发现草 原地区微生物对2-氯苯甲酸的降解率升高11％～63％。
植物稳定中植物的两种功能
(1)保护土壤不受侵蚀，减少土壤渗漏， 防止重金属污染物的淋移。 （2）通过金属在根部积累与沉淀剂根表吸 收来加强土壤污染物的固定。
植物稳定技术的特点
1）植物稳定技术适合土壤质地黏重、有机质含 量高的污染土壤的修复。 2）适合植物稳定的植物必须能忍耐高浓度的重金 属，并通过根吸收、沉淀或还原，使重金属在土壤 中固定。
现发现的超富集植物的类别
植物提取可分为两种方式：
连续植物提取和螯合剂辅助的植物提取（或称为诱 导性植物提取）
但是植物的修复效益取决于植物地上部分金属含 量及其生物量
超积累植物的缺陷：
大多数超积累植物生物量很小,生长缓慢，因此单位 时间内所能吸收的重金属量就被限制在一个低水平上, 从而影响修复效果。 目前研究的超积累植物大多是对某种重金属起作用, 而土壤的金属污染往往是几种重金属的复合污染。 如何处置富集了重金属元素的超积累植物,也是今后 应该研究的问题。如果处理不好,重金属元素将有可 能进入食物链而危害人畜健康或造成土壤二次污染
螯合剂辅助的植物提取
土壤中植 物吸收Pb 的能力很 低
土壤中加 入络合剂 （EDTA
增加植 物根对 Pb的吸 收能力
案例:湖南郴州邓家塘砷污染土壤修复示 范工程
在国家高技术发展计划(863项目)、973前期专项和国 家自然科学基金重点项目的支持下，2001年陈同斌 研究员在湖南郴州建立了世界上第一个砷污染土壤植 物修复工程示范基地。蜈蚣草叶片富集砷达0.5%， 为普通植物的数十万倍；能够生长在0.15-3%的污染 土壤和矿渣上，具有极强的耐砷毒能力；其地上部与 根的含砷比率为5：1，显示其具有超常的从土壤中 吸收富集砷的能力。蜈蚣草对砷和磷的吸收并不表现 为拮抗作用，二是一种协同作用，增施磷肥可增强蜈 蚣草对砷的吸收能力。田间管理除水肥管理外，还需 除草、冬季盖膜防冻等措施。
植物修复技术
小组成员：汪超、田玉宝、 马勇、张岩
植物修复产生背景
背景
随着工农业生产的迅速发展和人口的扩增， 各种化学的、物理的和生物的因素正在加剧 环境中污染物的积累。污水农灌、含重金属 矿质化肥和农药长期施用于农田、大气中的 污染物沉降、含放射性或重金属固体废物的 堆积污染等等，使自然生态系统出现了逆向 演替，生态系统受损严重。
植物修复的优点：
• • • • • • ①成本低廉 ②对环境基本没有破坏 ③不需要废弃物处置场所 ④具有很高的公共接受性 ⑤避免了挖掘与运输 ⑥具有同时处理多种不同类型有害废弃 物的能力
植物修复的缺点（补充）
①植物修复土壤只能局限在植物根系所能延伸的范围
内，一般不超过20 cm土层厚度 ②超富集植物对重金属具有一定的选择性，即一般只 对一种重金属具有富集能力，而土壤重金属污染多为 几种重金属复合污染，且常常伴生有机污染，因此， 用一种超富集植物难以全面清除土壤中的所有污染物。 ③富集了重金属的超富集植物需收割并作为废弃物妥 善处置。⑤异地引种对生物多样性的威胁，也是一个 不容忽视的问题。
一：
概 述
植物修复的产生
由于重金属、有机污染物等在环境中具有相对的 稳定性和难降解性，自然净化过程十分漫长，采用化 学修复、物理和工程等传统的环境污染清洁技术，往 往很难将它们从环境中清除出去，治理效果不尽如意。 因此，开发新颖的环境治理技术是形势的需要。20 世纪80年代，美国开始了应用生态学原理和技术修复 污染土壤，即生物修复，特别是植物修复方面的研究， 植物修复技术就在这种形势下应运而生的。