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土壤修复技术介绍——植物修复技术
发布时间:2016-07-11 16:16:02| 浏览次数:
    从20世纪80年代问世以来,利用植物资源与净化功能的植物修复技术迅速发展。所谓植物修复技术,指在不破坏土壤结构前提下利用自然生长或经过遗传培育筛选的植物对土壤中的污染物进行固定、吸收、转移、富集、转化和根滤作用,使土壤中的污染物得以消除或将土壤中的污染物浓度降到可接受水平的土壤修复方法。

    植物修复技术包括利用植物超积累或积累性功能的植物吸取修复、利用植物根系控制污染扩散和恢复生态功能的植物稳定修复、利用植物代谢功能的植物降解修复、利用植物转化功能的植物挥发修复、利用植物根系吸附的植物过滤修复等技术;可被植物修复的污染物有重金属、农药、石油和持久性有机污染物、炸药、放射性核素等。

    其中,重金属污染土壤的植物吸取修复技术在国内外都得到了广泛研究,已经应用于砷、镉、铜、锌、镍、铅等重金属以及与多环芳烃复合污染土壤的修复,并发展出包括络合诱导强化修复、不同植物套作联合修复、修复后植物处理处置的成套集成技术。

    这种技术的应用关键在于筛选具有高产和高去污能力的植物,摸清植物对土壤条件和生态环境的适应性。近年来,中国在重金属污染农田土壤的植物吸取修复技术应用方面在一定程度上开始引领国际前沿研究方向。但是,虽然开展了利用苜蓿、黑麦草等植物修复多环芳烃、多氯联苯和石油烃的研究工作,但是有机污染土壤的植物修复技术的田间研究还很少,对炸药、放射性核素污染土壤的植物修复研究则更少。

    植物修复技术不仅应用于农田土壤中污染物的去除,而且同时应用于人工湿地建设、填埋场表层覆盖与生态恢复、生物栖身地重建等。近年来,植物稳定修复技术被认为是一种更易接受、大范围应用、并利于矿区边际土壤生态恢复的植物技术,也被视为一种植物固碳技术和生物质能源生产技术;为寻找多污染物复合或混合污染土壤的净化方案,分子生物学和基因工程技术应用于发展植物杂交修复技术;利用植物的根圈阻隔作用和作物低积累作用,发展能降低农田土壤污染的食物链风险的植物修复技术正在研究。

1、超富集植物

    一般定义为对Mn、Zn积累达10000mg/kg以上,Cd为100 mg/kg,Au为1 mg/kg对Cr、Ni、Pb、Cu、Co等的积累量在1000 mg/kg以上的植物。植物修复的重点是超富集植物的筛选,筛选的标准主要满足以下几个特点:生物富集系数大于1、转运系数大于1、生物量大、生长旺盛、具有对高浓度的重金属有较强的忍耐性能力等。当前国内外发现的超富集植物达700多种,广泛分布于约50个科,主要集中在十字花科。

2、植物修复的类型

植物提取

    植物提取又名植物萃取,是指利用对重金属富集能力较强的超富集植物吸收土壤中的重金属污染物,然后将其转移、贮存到植物茎、叶等地上部位,通过收割地上部分并进行集中处理,从而达到去除或降低土壤中重金属污染物的目的。植物提取有很多优点,如成本低、不易造成二次污染、保持土壤结构不被破坏等。符合植物提取的植物有以下几个特性:生长快、生物量大、能同时积累几种重金属、有较高的富集效率、植物的忍耐性强、能在体内积累高浓度污染物。植物提取修复是目前研究最多也是最有发展前途的一种植物修复技术。 

植物固定

    利用特殊植物的吸收、螯合、络合、沉淀、分解、氧化还原等多种过程,将土壤中的大量有毒重金属进行钝化或固定,以降低其生物有效性及迁移性,从而减少其污染物对生物和环境的危害,适用于表面积大、土壤质地黏重等相对污染严重的情况,有机质含量越高对植物固定就越有利。

    植物固定只是一种原位降低重金属污染物生物有效性的途径,并不能彻底去除土壤中的重金属,随着土壤环境条件的变化,被稳定下来的重金属可能重新释放而进入循环体系,重金属的有效性就可能也随之改变,从而重新危害环境,在实际应用中受到一定的限制。

植物挥发

   植物挥发是指植物利用其本身的功能将土壤中的重金属吸收到体内,并将其变为可挥发的形态而释放到大气中,从而达到去除土壤中重金属的一种方法。目前这方面的研究最多的主要集中在比较低的气化点的重金属元素汞和非金属硒、砷,应用范围比较局限,且重金属元素通过植物转化挥发到了大气中,只是改变了重金属存在的介质,当这些元素形态与雨水结合,而又散落到土壤中,容易造成二次污染,又重新对人类健康和生态系统造成威胁。

根际过滤

    根际过滤即通过耐性植物根系特性,改变根际环境使重金属的形态发生改变,然后通过植物根系的吸收、积累和沉淀保持在根部,减少其在土壤中的移动性,根系表面积越大效果越好。根际过滤适用于修复水体中的重金属污染,具有永久性和广泛性,有望以后成为治理土壤重金属污染的重要方法。

植物促进

    根际促生细菌是指在植物根际土壤环境中,依附在植物根际表面,其能够显著促进植物生长的一类细菌总称。植物利用根际促生菌通过其分泌的分泌物如糖、酶、氨基酸等物质能够促进生活在根系周围土壤微生物的活性和生化反应,有利于土壤中重金属的释放,从而促进植物对重金属的吸收,目前该技术还仅处于实验室研发和中试阶段。 

植物降解

    指植物利用根系分泌出的一些特殊化学物质,通过根系的分解、沉淀、螯合、氧化还原等多种过程使土壤中毒性较大的重金属污染物转化为毒性较小或者无毒的物质,能降低自由离子的活度系数,减少其对生物和环境的危害。

3、实际应用中的问题

    在实际应用中,大部分超累积植物由于自身一些固有特性给植物修复技术带来了很大的限制。主要表现在以下几方面:

    (1)已知的超积累植物多为野生型稀有植物,分布的区域性较强,个体矮小、生物量低、生长缓慢等特点,且易受到土壤类型、温度、湿度、营养等环境条件限制,所以修复治理效率低、周期长而难于满足商业要求。

    (2)植物根系一般分布在土壤表层,对于深层土壤污染的修复能力较差

    (3)大多数超积累植物只能积累某种重金属,而土壤污染大多是重金属的复合污染,从而限制了在重金属复合污染土壤治理方面的应用

    (4)超富集植物提取的重金属通过果实、叶、根等器官腐烂、凋谢或机械折断等途径使重金属重返土壤,间接降低了修复效率,且植物受病虫害袭击也会影响修复效果

    (5)超累积植物体内重金属的后续处理问题一直是难点,应避免二次污染。

4、展望

    植物修复技术作为一种新兴的污染治理技术业已被证明具有极大的潜力和市场前景,但走向产业化应用还有漫长的路要走。

未来植物修复技术应该着继续寻找、筛选高效、富集面广的超富集植物,加强对超富集植物修复土壤的过程和机理研究,进一步加强对植物富集的重金属回收的处理技术研究。在未来,有可能实现应用分子生物学和基因工程技术改造植物,将超富集基因转移到生物量大、美观、经济价值高的植物中,取得更广阔的应用价值。

   来源:中国生态修复网 

 

 
 
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