重金属污染植物修复的概念与应用

重金属污染植物修复的概念与应用

作者：董萌 赵运林 周小梅 库文珍

来源：《科技创新导报》2012年第16期

摘 要:本文对植物修复的概念进行了说明, 并在此基础上综合国内外研究资料, 对该种方法的实际应用进行了举例探讨, 为当前从事该领域研究的人员提供一定的理论资料。

关键词:重金属 植物修复 应用

中图分类号:X53 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(a)-0136-01

土壤重金属污染是当前国内外环境科学研究中备受关注的问题。土壤中过量的Cd 、Pb 、As 、Hg 等有毒重金属元素的存在, 对土壤环境及生活于其中的动植物体造成较大危害, 甚至可通过生态系统的传递而严重地影响人类安全与健康。传统的物理或化学治理方法具有成本高、扰动大、二次污染等缺陷, 生态修复治理的方式比较理想, 相对传统方法则更加安全、彻底, 符合环境污染生态治理的要求。植物修复是生态修复中一个重要分支, 也是国内外研究得比较早的生态修复方法, 下面对该种方法的基本特点及应用作简要概述。

1 植物修复的概念与“超富集植物”

植物修复(Phytoremediation),通常是指在被重金属污染的土壤上种植对该种重金属具有较强吸收、富集能力的植物, 经过一定时期后收获植物地上部分并进行妥善处理, 以使重金属污染物随之移出土壤, 从而达到污染治理的目的。其过程主要是利用植物根系及根际圈微区体系的吸收、降解、转化等环节来清除环境中的污染物质。此外, 广义上的植物修复还包括利用植物地上部分来净化空气及其根际部分来净化污水。我们所研究的植物修复, 一般多指利用植物根系来清洁被无机物和有机物污染过的土壤, 这种用于修复环境的植物体, 有一个专门的名称叫做“Hyperaccumulators”。关于该词的译解, 国内一般有多种叫法, 诸如“超积累植物”、“超富集植物”、“超累积植物”、“超量积累植物”等等, 陈同斌等[1]通过大量考证, 建议国内学者将该词统一译为“超富集植物”。

2 植物修复的优点与实践应用

2.1 绿色、安全、成本低

植物修复是借助于太阳能驱动、在植物体新陈代谢过程中即可完成的自然修复过程, 因此不需要额外的能量添加和材料损耗, 体现出“绿色、安全”等特点, 且经植物体提取的重金属污染物蓄积在地上部分茎叶内, 易于进行收割处理。唐世荣和Wilke[2]归纳了植物修复的几大优点, 如修复成本低、实施过程简易、环境美学价值高、对土壤环境扰动小且可增加土壤肥力、修复效果彻底等。国外有学者专门比较了植物提取修复法和其他物理、化学修复法之间的操作成本, 发现净化每t 受Cd 、Cu 污染的土壤所需的价格分别为:玻璃化法为75～425美元、填埋法为

100～500美元、化学试剂处理法为100～500美元、电动法为20～200美元, 而植物提取修复法仅需5～40美元, 显示出非常明显的经济优势。

2.2 国内外重金属污染的植物修复成功案例介绍

鉴于植物修复技术所具备的诸多优点, 国内外研究人员纷纷进行了实践方面的探索, 以使这一技术早日走出实验室、在实际应用中发挥效能。在英国洛桑实验站,Baker 等首次利用菥蓂属植物Thlaspi caerulescens修复了因长期施用含重金属的污泥而导致污染的土地, 证实了这项技术的可行性; 据报道, 美国Edenspace 公司于1996年成功地利用印度芥菜与EDTA 结合修复了一块被Pb 污染过的土地, 使表层土壤Pb 含量从2300mg·kg-1下降到420mg·kg-1, 取得了良好的效果; 植物修复成功实践的另一著名案例是1991年由Chaney 等人[3]在明尼苏达州圣堡罗地区开展的土壤Cd 污染治理, 他们利用麦瓶草属、遏蓝菜属、长叶莴苣、抗性紫羊茅等植物进行植物修复, 经过3年时间, 使当地Cd 、Zn 等重金属降到了许可值范围内; 我们所熟知的事件中, 不久前的日本福岛核泄漏事故使土壤核金属污染将成为此次事件后的又一环境问题, 据悉, 日本农林水产省正准备在福岛县部分地区着手清理受重金属放射性物质污染的农田和牧场土壤, 大面积种植能吸收这些污染物的向日葵和油菜等植物, 以试验利用植物净化土壤的有效方法, 这也可认为是植物修复重金属污染走向实践应用的一大工程, 而此前也曾有过利用向日葵等植物来修复治理Cd 、Cr 、Ni 等重金属污染的报道。在我国, 虽然没有大规模使用植物修复治理土壤重金属的典型案例报道, 但很多工作已经取得理想的前期成果, 有些正处于野外大田中试阶段, 例如陈同斌、韦朝阳[4]从1999年开始研究As 的超富集植物蜈蚣草, 为As 污染土壤的植物修复奠定了良好的基础; 魏树和等[5]对新发现的Cd 超富集植物龙葵的修复特征进行了系统研究, 确定了该种植物的最佳修复生长期; 束文圣、李金天等曾利用木本植物杨桃(Aver rhoa carambola)进行大田Cd 的修复试验, 发现种植170d 后, 可从每公顷种植面积的土壤中带走213g 的Cd, 照此修复效率计算,13年后即可将该区域土壤中的Cd 移除50%！由此可见, 植物修复技术在突然重金属污染防治领域具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] 陈同斌, 阎秀兰, 廖晓勇, 等. 关于hype raccumulator中文译名的探讨[J].环境科学学报.2005,25(9):1148～1150.

[2] 唐世荣.Wilke B M.植物修复技术与农业生物环境工程[J].农业工程学报.1999,15(2):21～26.

[3] Chaney R L, Malik M, Li Y M, et al. Phytoremediation of soil metals[J]. Current Opinions in Biotechnology,1997(8):279～284.

[4] 陈同斌, 韦朝阳, 黄泽春, 等. 砷超富集植物蜈蚣草及其对砷的富集特征[J].科学通报.2002,47(3):207～210.