土壤重金屬植物修復技術(shù)進展課程論文

1、題 目土壤重金屬污染修復方法簡介及土壤重金屬植物修復技術(shù)進展姓 名劉暢學 號專 業(yè)環(huán)境科學班級1102指導教師趙建偉職 稱環(huán)境污染生物修復課程論文中國·武漢年 月土壤重金屬污染修復方法簡介及土壤重金屬植物修復技術(shù)進展1前言： 土壤與人類生存環(huán)境的關(guān)系非常密切,重金屬污染不僅會影響土壤的物理、化學、生物性質(zhì),同時還會影響到植物的正常生長發(fā)育和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。土壤污染可引起并促進水體、大氣、生物要素的污染1，而重金屬不能被微生物降解,只能在各種形態(tài)之間相互轉(zhuǎn)化。故重金屬污染不僅會影響到環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)中動植物的正常生長發(fā)育,更重要的是重金屬會被生物富集并通過食物鏈進入人體，對人體健康造成嚴重影響

2、。 環(huán)境污染中所說的重金屬主要指鎘、鉛、鋅、汞、鉻和類金屬砷等幾種生物毒性顯著的元素，以及錳、鉬、鎳、鈷、銅及鋁等常見元素。在過去幾十年，由于人為活動（包括采礦、工業(yè)活動、不正當使用重金屬濃縮的化肥和農(nóng)藥、重金屬污染廢水灌溉等）的影響，土地的重金屬污染已成為一個嚴重的問題，據(jù)估計，目前中國受污染的耕地面積已達2000萬hm²，每年出產(chǎn)重金屬污染的糧食約1200萬t，造成的經(jīng)濟損失超過25億美元2。2土壤重金屬的修復方法 土壤重金屬的修復方法有多種，主要分為非生物和生物修復方法。 2.1非生物修復方法： 非生物修復方法主要包括工程措施和改土劑措施。工程措施是利用物理（機械）、物理化學的

3、方法治理污染土壤而且工程量比較大的一類方法，其基本原理無非是用未污染土壤稀釋或替代污染土壤（如翻土、客土、換土），或?qū)⑼寥牢廴静课慌c未污染土壤及水體隔離（如填埋、隔離、磚化固定），以及直接去除土壤中重金屬（清洗法、電化法、熱處理法）；改土劑措施是利用改良劑、抑制劑等降低土壤污染物的水溶性、擴散性和生物有效性，從而降低其對生態(tài)環(huán)境危害的方法，現(xiàn)有技術(shù)可以通過改土劑使某些重金屬沉淀、被吸附，或者通過離子拮抗來降低植物對某種重金屬的吸收。工程措施效果較為明顯和徹底，適用性強，但投資成本高，適于小面積、重污染的治理；改土劑措施效果和成本則都相對適中，適于中度污染區(qū)治理，配合農(nóng)業(yè)、生物措施則效果更好，但

4、治理不徹底，管理不善情況下，被固定、吸附的污染物可能再度活化3。 2.2生物修復方法： 重金屬污染土壤生物修復是利用特定的生物（植物、微生物或原生動物）將重金屬吸收、轉(zhuǎn)化、降解、富集、轉(zhuǎn)移，進而恢復土壤系統(tǒng)正常生態(tài)功能的方法，主要包括：植物修復、動物修復及微生物修復。植物修復包括植物降解、植物提取、植物揮發(fā)、根系鈍化以及植物固定；微生物修復的原理主要包括物富集、生物吸著以及生物轉(zhuǎn)化3個方面，動物修復是利用土壤動物群直接地吸收、轉(zhuǎn)化、分解或間接地改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力，促進植物和微生物的生長等作用而修復土壤污染的過程。與傳統(tǒng)的物理和化學方法相比，生物修復技術(shù)具有成本低、來源廣、無二次污染

5、的特點，尤其適用于低濃度重金屬的去除。3土壤重金屬植物修復技術(shù)進展 3.1植物修復形式： 由于微生物難以從土壤中分離，純微生物修復技術(shù)比較難實現(xiàn)，生物修復以植物修復為主，微生物修復常用于輔助植物修復，這樣可以充分發(fā)揮微生物和植物的各自優(yōu)勢，提高修復效率。植物與專性菌株、植物與菌根的聯(lián)合修復是目前植物-微生物聯(lián)合修復的2種主要形式4。 3.2植物修復局限性： 植物修復作為一種廉價、易于操作且環(huán)境友好的修復手段，已成為世界范圍內(nèi)研究的熱點。但是植物修復技術(shù)也有不可回避的局限性5，如：修復周期長；植物對多種重金屬復合污染耐受性不強；超積累植物大多生物量低導致修復量低；中低度重金屬或難溶性重金屬(如P

6、b)污染的土壤中重金屬生物有效性低，制約著植物的修復效率等。為了克服這些不足，學者進行了大量研究。 徐軍6等采用4株植物根際促生菌株在重金屬污染土壤中的田間試驗結(jié)果表明供試菌株能促進玉米的生長，菌株在不同程度上增加了玉米根際土壤各交換態(tài)Cu的活性來增加銅的生物有效性；EDTA能使油菜的Pb積累量比對照分別增加8.42倍21.53倍，徐軍在土壤盆栽條件下，以生物量大、生長快、具有一定耐性的油菜作為供試植物，施加EDTA輔助促生菌，發(fā)現(xiàn)EDTA+菌株的復合處理下，植物對難溶性重金屬Pb吸收量與EDTA處理相當甚至高于EDTA處理，大大提高了植物修復效率。 白雪7等發(fā)現(xiàn)螯合劑EDDS（乙二胺二琥珀酸

7、）能促進金蓋菊各器官富集土壤中Cd、Hg，促進土壤中重金屬形態(tài)比例的轉(zhuǎn)化，對Cd污染土壤能不同程度增加水溶態(tài)和碳酸鹽態(tài)比例，對Hg污染土壤能增加水溶態(tài)Hg比例。 針對土壤重金屬污染植物修復技術(shù)所面臨的植物生物量少、難以推廣商業(yè)化、重金屬易返回區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)食物鏈等問題，趙燁8等在陸地棉上看到了問題解決的希望；趙燁等通過采樣調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，陸地棉（G.hirsutum L.）對土壤耕作層中IB族重金屬元素（Cu、Ag和Au）具有有效吸收和富集的作用，陸地棉根系、莖桿、果殼、籽粒和纖維對土壤耕作層中Cu的生物吸收系數(shù)A在1.536.57之間，對Ag的生物吸收系數(shù)在2.00519.834之間，對Au的生

8、物吸收系數(shù)在0.8822.672之間；趙燁等認為只要嚴格控制運用棉花籽粒制作食用油的違規(guī)活動，通過種植陸地棉萃取農(nóng)業(yè)土壤中IB族Cu、Ag和Au元素，也就解決了上述生物量少、推廣難、易返回污染的問題。有理由相信，通過不斷尋找、發(fā)現(xiàn)新品種的超積累植物，這些問題也會慢慢得到解決。 對于復合污染土壤修復的研究還比較少，沈莉萍9對苧麻對多種重金屬復合污染的修復作用進行了研究，發(fā)現(xiàn)苧麻對鎘-鉛復合污染有較強的耐性機制，對于修復鎘-鉛污染土壤具有一定的潛力，同時發(fā)現(xiàn)，螯合劑(EDTA、檸檬酸)和泥炭的配施處理均能促進苧麻對鎘的吸收，并隨著施入量的增加而增加,其中高量泥炭和高量螯合劑的配施均更好的提高了土壤

9、可交換態(tài)鎘分配系數(shù)，降低了有機結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)的分配系數(shù)。 王新10等在草甸棕壤重金屬（Cd、Pb、Cu、Zn）復合污染的條件下試驗研究紫花苜蓿對土壤修復的能力，結(jié)果表明在低劑量處理時，苜蓿濕重比對照增加了14.18%，株高增加了6.25%，而高劑量處理時苜蓿濕重比對照減少了5.97%，株高降低了8.75%，苜蓿對重金屬吸收系數(shù)大小依次為Cd>Zn>Cu>Pb；Cd元素低劑量、高劑量地上部遷移總量分別是對照的107.59%、1348.7%，紫花苜蓿對Cd污染土壤具有一定的修復能力；苜蓿修復重金屬污染土壤具有良好的發(fā)展應用前景。 3.3聯(lián)合植物修復技術(shù)： 現(xiàn)在被研究的更多的是以植

10、物修復技術(shù)為主體，配合物理、化學、生物方法的聯(lián)合修復技術(shù)。郝秀麗11等發(fā)現(xiàn)接種有根瘤菌的刺槐植物，其N含量、生物量及積累的Cu含量比未接菌的植物均有顯著增加，且根中富集的Cu遠遠高于莖葉，顯示了將根瘤菌-刺槐共生體系用于修復重金屬污染土壤的潛力。從枝菌根（Arbuscular Mycorrhizae,AM）是一種植物根系和微生物的共生體，AM真菌能和>90%的陸生維管植物根系組建共生關(guān)系，形成“菌根”，菌根能促進植物吸收礦質(zhì)元素，提高植物產(chǎn)量及產(chǎn)品品質(zhì)，并能顯著提高植物對重金屬污染的耐受能力。從枝菌根通過改變植物根際的形態(tài)和理化條件、產(chǎn)生拮抗物質(zhì)、調(diào)控植物基因表達等12方式保護處在重金屬

11、污染環(huán)境中的植物宿主。 黃藝等13采用根墊土法和連續(xù)形態(tài)分析技術(shù)，分析了生長在污染土壤中菌根小麥和無菌根小麥根際Cu、Zn、Pb、Cd的形態(tài)分布和變化趨勢，發(fā)現(xiàn)菌根結(jié)構(gòu)可通過調(diào)節(jié)根際中土壤的金屬形態(tài)調(diào)節(jié)土壤中金屬的生物有效性，降低重金屬的毒性。對AM菌根的深入研究對于受重金屬嚴重污染的地區(qū)的環(huán)境治理具有重要的現(xiàn)實意義14。 不單單是植物與微生物的聯(lián)合修復，在植物修復的基礎(chǔ)上，添加活性炭、改良劑、鈍化劑、螯合劑等物理化學手段也是學者們經(jīng)常研究的方案。 王發(fā)園等15證明羥基磷灰石（HA）作鈍化劑能夠降低土壤中Pb、Cd的有效性，促進煙草生長，增加了煙草葉、莖、根中Cd的吸收量和根系中Pb的吸收量，

12、有利于Pb、Cd的鈍化和植物修復；劉華等16研究證明，有機酸改良劑的添加，起到了活化猛礦區(qū)土壤中Mn、Cd的作用，提高了短毛蓼地上部分對重金屬的累積，提高了生物可利用性，有利于利用植物修復。有多種工藝被學者提出。生物炭不僅對土壤中的重金屬有強烈的吸附作用，還可作為活性微生物的良好載體，應用到微生物-植物聯(lián)合修復過程中。王婷等17利用枯草芽孢桿菌的紫外誘變菌作為活性菌，以玉米秸稈和豬糞為原料制備的2種生物炭為載體，研究了上述材料對土壤中鎘(Cd)、鉻(Cr)、汞(Hg)和鉛(Pb)4種典型重金屬污染的修復能力；結(jié)果表明，誘變菌和生物炭不論單獨施加還是復合施加，均能不同程度降低植株對重金屬的積累，

13、且混合施加效果最好，不僅能發(fā)揮誘變菌活性，還能能促進土著微生物繁殖、增加植株生物量以及降低土壤重金屬生物有效性。4.超積累植物與植物修復發(fā)展趨勢： 超積累植物是能夠超量吸收累積重金屬的植物，目前發(fā)現(xiàn)的超積累植物已超500種，仍不時有新的超累積植物被發(fā)現(xiàn)，1983年，有人提出用超積累植物來吸收富集污染土壤中重金屬的想法，并將其應用于環(huán)境領(lǐng)域，形成了土壤重金屬污染的植物修復概念。張治國18等采集某一煤礦塌陷復墾區(qū)6種常見的菊科植物進行研究，雖沒有篩選出超積累植物，但意外發(fā)現(xiàn)洋姜（Helianthus tuberosus）和一年蓬（Erigeron annuus）對于Cd具備超積累植物的特性。超積累

14、植物仍在不斷地被發(fā)現(xiàn)。 植物修復技術(shù)是新興高效的生物修復途徑，有良好的經(jīng)濟和生態(tài)綜合效益，應用前景廣闊。但因技術(shù)不成熟，仍處于實驗開發(fā)和探索階段，能夠應用于田間試驗的植物更是少之又少。雖然目前土壤重金屬污染的植物修復技術(shù)還不是很成熟，但可以預料，隨著研究的不斷深入，植物修復技術(shù)必將成為改善和提高環(huán)境質(zhì)量的重要修復途徑。5.思考和展望 對于植物修復技術(shù)，還需要研究的內(nèi)容很多，個人認為集中在以下幾個方面：1.單純的植物修復存方法在很多弊端，學者應集中各方法的優(yōu)勢，繼續(xù)研究物理物理、化學、生物、農(nóng)業(yè)工程（如套種）聯(lián)合治理的措施；2.目前對土壤重金屬復合污染植物修復技術(shù)的研究還不夠多；3.AM真菌的作

15、用機理仍有爭議，AM真菌促進污染物的降解、遷移、轉(zhuǎn)化、累積等過程的作用機理以及重金屬生物有效性的影響因子等基礎(chǔ)理論問題均有待深入研究；4.還需要尋找更為迅速有效的篩選超積累植物的方法等。6參考文獻：1陳晶中,陳杰,謝學儉.土壤污染及其環(huán)境效應.土壤,2003,35(4):2983032李飛宇.土壤重金屬污染的生物修復技術(shù)J.環(huán)境科學與技術(shù),2011,34(12H):148-1513吳啟堂,陳同斌. 環(huán)境生物修復技術(shù)J.2007,1:77-83）4牛之欣,孫麗娜.重金屬污染土壤的植物-微生物聯(lián)合修復研究進展.J生物學雜志,2009,28(11):2366-23735張芳芳,趙立偉.城市土壤重金屬

16、污染的大生物量植物修復技術(shù)研究進展.J天津農(nóng)業(yè)科學,2014,20(3):47-516徐軍.植物促生細菌和EDTA對植物生長與富集土壤重金屬的影響及機制研究.D南京農(nóng)業(yè)大學2012,57白雪.EDDS強化金盞菊修復重余屬污染土壤及環(huán)境風險分析.D西南大學,2014,68趙燁,李強.通過種植陸地棉修復土壤中重金屬污染的實驗研究.J北京師范大學學報(自然科學版),2008,44(5),545-5499沈莉萍.重金屬污染土壤上苧麻的修復作用及組合修復效果研究.D中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫.2011(S1).B027-277-1210王新,賈永峰.紫花苜蓿對土壤重金屬富集及污染修復的潛力.J土壤通報,2009,40(4),932-93511郝秀麗.刺槐內(nèi)共生細菌的重金屬抗性機制及其與植物的聯(lián)合修復作用.D西北農(nóng)林科技大學.2013.512羅巧玉,王曉娟.AM真菌對重金屬污染土壤生物修復的應用與機理,J生態(tài)學報,2013,33(13).3898-390613黃藝,陳有鍵,陶澍.菌根植物根際環(huán)境對污染土壤中Cu、Zn、Pb、Cd形態(tài)的影響J.應用生態(tài)學報,2000,11(3): 431-434.14白淑蘭