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,植物修復(fù)在重金屬污染土壤治理中的應(yīng)用,2009級環(huán)工-1班石航坤,目錄,前言我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀及問題重金屬污染的土壤植物修復(fù)概論重金屬污染土壤的植物修復(fù)過程超積累植物中回收重金屬的工藝結(jié)束語,前言土壤重金屬污染物有汞、鎘、鉛、鋅等,主要來源于交通運輸、工業(yè)污染和農(nóng)業(yè)污染。土壤重金屬污染會導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)甚至死亡,對人體健康也會產(chǎn)生極大危害。目前土壤重金屬污染修復(fù)的技術(shù)主要包括工程修復(fù)法、物理化學(xué)修復(fù)法、化學(xué)修復(fù)法和生物修復(fù)法。植物修復(fù)技術(shù)作為一種新興的綠色、生態(tài)、高效的修復(fù)技術(shù)具有良好的發(fā)展前景。,我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀,近年來，由于礦產(chǎn)資源的大規(guī)模開采、冶煉，化肥、農(nóng)藥的不當(dāng)使用等人類生產(chǎn)活動導(dǎo)致土壤重金屬污染程度日益嚴(yán)重。,受重金屬污染的土壤,貴州獨山砷污染事件,河里撒滿了石灰，用來消毒,蒙永瓊站在禁止喝水的黑神河旁邊,2008年1月23日，國家環(huán)?？偩职l(fā)出通報稱，2007年年底，貴州省獨山縣瑞豐礦業(yè)有限公司將1900噸含砷廢水直接排入都柳江，造成下游群眾飲水危機，17人出現(xiàn)不同程度的砷中毒。環(huán)保部門認(rèn)這起環(huán)境污染事件性質(zhì)惡劣，相關(guān)負(fù)責(zé)人已被公安部門刑事拘留。污染的源頭，是都柳江上游獨山縣三利公司制酸車間(又稱“瑞豐公司”)未經(jīng)許可，擅自違法生產(chǎn)排污。,土壤重金屬污染存在的問題,與有機污染不同，土壤中的重金屬不能被生物分解，它只能由一種氧化狀態(tài)變成另一種狀態(tài)。同時，土壤污染的隱蔽性和滯后性,使得一些重金屬污染問題不能被我們的感官發(fā)現(xiàn),往往要通過分析化驗土壤樣品,甚至是長期研究人畜健康狀況才能被發(fā)現(xiàn)。而且由于土壤污染具有累積性和不可逆轉(zhuǎn)性,一旦污染發(fā)生,僅僅靠切斷污染源的方法很難恢復(fù),治理污染土壤的成本高,周期長。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,中山大學(xué)重金屬土壤修復(fù)基地,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,一、概念,植物修復(fù)是指用植物吸收土壤中的重金屬并將其帶走,最終達(dá)到清除土壤中重金屬的一類技術(shù)總稱,也稱綠色修復(fù)或生物修復(fù)。它是一門新興的環(huán)境污染治理應(yīng)用技術(shù),用來進行修復(fù)的植物可以包括高等植物界的一切植物。,植物修復(fù)在中國,植物修復(fù)在中國，從1999年開始，在國家“863”計劃、“973”計劃和國家自然科學(xué)基金重點項目的支持下，地理科學(xué)與資源研究所環(huán)境修復(fù)中心研究員陳同斌帶領(lǐng)的研究組篩選出一種砷超富集植物，解決了砷污染土地植物修復(fù)技術(shù)中的一系列關(guān)鍵難題，在國際上建立了第一個砷污染土地的植物修復(fù)示范工程，并先后在廣西河池和云南紅河州開始推廣應(yīng)用。此外關(guān)于水體污染植物修復(fù)技術(shù)（漂浮植物修復(fù)技術(shù)）的研究工作也在推行之中。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,二、單一植物修復(fù)根據(jù)其作用過程和機理,重金屬污染土壤的單一植物修復(fù)技術(shù)可分為植物固定、植物揮發(fā)、植物吸收、植物降解、根際生物降解修復(fù)五種類型。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,二、單一植物修復(fù),1、植物吸收即利用重金屬超積累植物從土壤中吸取金屬污染物，隨后收割地上部并進行集中處理，連續(xù)種植該植物，達(dá)到降低或去除土壤重金屬污染的目的。這些植物有兩類，超量積累植物和誘導(dǎo)的超量積累植物。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,二、單一植物修復(fù),1、植物吸收超量累積植物是指一些具有很強的吸收重金屬并運輸?shù)降厣喜糠e累能力的植物，誘導(dǎo)的超量累積植物則指一些本不具有超量積累特性但通過一些過程可誘導(dǎo)出超量積累能力的植物。,目前已發(fā)現(xiàn)有700多種超積累重金屬植物，積累Cr、Co、Ni、Cu、Pb的量一般在0.1%以上，Mn、Zn可達(dá)到1%以上。,,1,蜈蚣草是鳳尾蕨科、鳳尾蕨屬中型陸生蕨。研究表明，蜈蚣草對土壤中鉛、銅、鋅與砷均有不同程度的抗性和修復(fù)能力。在自然條件下，蜈蚣草可生長在砷含量40～50毫克/公斤土壤中，甚至能在砷含量高達(dá)23400毫克/公斤的礦渣中正常生長；在野外其葉片砷含量超過1000毫克/公斤，室內(nèi)栽培的葉片砷含量高達(dá)5070毫克/公斤。,蜈蚣草成套技術(shù)與成功實例,世界上第一個砷污染土壤植物修復(fù)基地,修復(fù)前：湖南郴州蘇仙區(qū)鄧家塘鄉(xiāng)因砷污染導(dǎo)致600多畝稻田棄耕、2人死亡、400多人集體住院，誘發(fā)嚴(yán)重糾紛和暴力沖突，曾引起國務(wù)院高度重視，中央電視臺《焦點訪談》專門報道。,修復(fù)后：在田間種植條件下，蜈蚣草葉片含砷量高達(dá)0.8%，有力證明了蜈蚣草在砷污染土壤的治理方面具有極大的應(yīng)用潛力。,,東南景天，多年生草本植物。是近年在浙江衢州、湖南郴州古老的鉛鋅礦區(qū)發(fā)現(xiàn)的一種鋅、鎘、鉛超積累植物，能將鎘、鋅、鉛等較多地吸收到植株的地上部，有效減輕土壤重金屬污染。一般認(rèn)為，植物地上部分鋅含量達(dá)到3000mg/Kg，是鋅超富集植物的臨界標(biāo)準(zhǔn)。浙江大學(xué)楊肖娥等研究表明，東南景天的地上部鋅含量高5000mg/Kg，富集系數(shù)為1.25～1.94，大于1；而營養(yǎng)液培養(yǎng)試驗發(fā)現(xiàn)，東南景天地上部鋅含量高達(dá)19674mg/Kg?？梢姡瑬|南景天具有超富集鋅的特性和功能。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,二、單一植物修復(fù),2、植物揮發(fā)其機理是利用植物根系吸收金屬，將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)揮發(fā)到大氣中，以降低土壤污染。目前研究較多的是Hg和Se。印度芥菜有較高的吸收和積累硒的能力。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,二、單一植物修復(fù),3、植物固定利用耐重金屬植物或超累積植物降低重金屬的活性，從而減少重金屬被淋洗到地下水或通過空氣擴散進一步污染環(huán)境的可能性。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,二、單一植物修復(fù),3、植物固定的缺點（1）應(yīng)用植物穩(wěn)定原理修復(fù)污染土壤應(yīng)盡量防止植物吸收有害元素，以防止昆蟲、草食動物及牛、羊等牲畜在這些地方覓食后可能會對食物鏈帶來的污染。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,二、單一植物修復(fù),3、植物固定的缺點（2）而且植物穩(wěn)定作用并沒有將環(huán)境中的重金屬離子去除，只是暫時將其固定，使其對環(huán)境中的生物不產(chǎn)生毒害作用，但如果環(huán)境條件發(fā)生變化，重金屬的生物可利用性可能又會發(fā)生改變。因此，植物固定不是一個很理想的修復(fù)方法。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,二、單一植物修復(fù),4、植物萃取種植一些特殊植物，利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物質(zhì)并運移至植物地上部，通過收割地上部物質(zhì)帶走土壤中污染物的一種方法。植物提取作用是目前研究最多，最有發(fā)展前景的方法。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,三、植物與微生物聯(lián)合修復(fù),1、植物與菌根真菌的聯(lián)合修復(fù)微生物不僅能將本身分泌的質(zhì)子、酶、鐵載體等用來活化重金屬，而且也可將土壤有機質(zhì)和植物根系分泌物轉(zhuǎn)化為自身利用，同時這些小分子化合物（如有機酸）對土壤中的重金屬也有活化作用。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,三、植物與微生物聯(lián)合修復(fù),2、植物與細(xì)菌的聯(lián)合修復(fù)細(xì)菌對金屬的細(xì)胞外吸附是其抗性機制之一。細(xì)菌的分泌物質(zhì)，如多聚體，含有多種具有金屬絡(luò)合、配位能力的基團，這些基團能通過離子交換或絡(luò)合作用與金屬結(jié)合形成金屬有機復(fù)合物，使有毒金屬元素毒性降低或變成無毒化合物。,微生物對重金屬的抗性和解毒機制,菌根菌在植物修復(fù)重金屬污染土壤中的作用,菌根是土壤中一些真菌侵染植物根部形成的菌-根共生體，在自然界中普遍存在，而這種真菌則稱為菌根菌。菌根菌不但可以直接對重金屬產(chǎn)生直接作用，減輕植物的重金屬毒害性，而且還可以通過改變植物吸收磷養(yǎng)分的能力，改善植物根際、土壤微環(huán)境等間接作用于植物及其周圍環(huán)境的途徑，來提高植物對重金屬脅迫的抗性。,根瘤菌-豆科植物共生體系應(yīng)用于重金屬污染地的生態(tài)修復(fù),重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,四、植物修復(fù)與化學(xué)方法聯(lián)合修復(fù),在污染的土壤中，大多數(shù)重金屬離子處于固相中，被吸附在土壤顆粒表面，并且結(jié)合的非常牢固?；瘜W(xué)方法可以打破這種狀態(tài)，將處于固相的重金屬轉(zhuǎn)化為植物可富集的處于液相的金屬離子。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,四、植物修復(fù)與化學(xué)方法聯(lián)合修復(fù),植物修復(fù)與化學(xué)方法的結(jié)合原理就是擾動重金屬在土壤液相濃度和固相濃度之間的平衡。因此，對許多植物而言，需要向土壤中添加移動劑以增加土壤溶液中的金屬濃度，進而促進植物對金屬的吸收和富集。,Pealosa等(2007)研究了幾種促進羽扇豆修復(fù)土壤重金屬污染的因素，結(jié)果發(fā)現(xiàn),螯合劑NTA（三乙酸腈）能夠促進金屬離子(Fe、Mn、Cu、Zn、Cd）遷移，促使羽扇豆所含的金屬離子濃度升高,尤其是As、Cd和Pb濃度增加更明顯。采用這種方法時，需要注意螯合劑的用量，以免造成二次污染。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,五、植物修復(fù)的優(yōu)點,1、操作簡單，成本低。植物修復(fù)技術(shù)無需專門的設(shè)備和專業(yè)操作人員，工程上容易推廣和實施。植物修復(fù)技術(shù)的運行成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)方法。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,五、植物修復(fù)的優(yōu)點,2、對土壤生態(tài)環(huán)境破壞小植物修復(fù)是個自然過程，不需要挖掘、運輸土壤，對土壤生態(tài)環(huán)境破壞小，同時也不會破壞生態(tài)景觀，適用于治理大面積的污染，凈化和美化環(huán)境。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,五、植物修復(fù)的優(yōu)點,3、不易造成二次污染通過對植物的集中處理，一般不會出現(xiàn)二次污染，同時對一些植物體內(nèi)的金屬特別是貴金屬還可回收利用。,重金屬污染土壤的植物修復(fù)概論,五、植物修復(fù)的弊端,1、修復(fù)周期長2、修復(fù)對象單一3、對深層污染的修復(fù)有困難4、由于氣候和地質(zhì)等因素使得植物的生長受到限制5、存在污染物通過“植物—動物”的食物鏈進入自然界的可能,重金屬污染土壤的植物修復(fù)過程,超積累植物中回收重金屬的工藝,結(jié)束語,目前，對于耐性物種的篩選多集中在野外受污染區(qū)耐性物種上，但是，己經(jīng)發(fā)現(xiàn)的物種數(shù)量和中國的生物資源量相比較只是很小的一部分，所以在中國范圍內(nèi)，進行耐性植物的人工篩選顯得尤為重要，采取分子育種、基因工程技術(shù)，找出影響耐性品種的關(guān)鍵基因，并克隆復(fù)制到植物體內(nèi)，將具有很強的現(xiàn)實意義。,完！謝謝觀賞,