[农学]8章_污染土壤的植物修复.ppt

第8章 污染土壤的植物修复 植物修复发展历程 无意识地利用植物处理排泄物 20世纪初，有意识地利用植物生态系统处理废弃物和污水无害化 1970s后，发展污水的土地处理系统，成为城市生活废水的处理技术；废弃矿山的复垦，污泥的处理和农业应用，植物耐性机理的研究 1980s, Chaney 提出利用超积累植物清除土壤重金属污染，形成植物修复概念。 某些植物能在体内代谢或矿化有机物，使其失活； 但多数研究只证明了植物仅能通过酶催化氧化降解有机物； 降解产物的进一步深度氧化过程研究还很缺乏； 为提高植物修复效率，可利用基因工程技术增强植物的降解能力． 植物粘附污染物的数量, 主要决定于植物表面积的大小和粗糙程度, 某些植物还可分泌油脂、黏液, 如去杉、油松等; 气孔是叶片吸收污染物的主要部位, 但高浓度污染物可对叶片造成损害, 如二氧化硫可导致植物气孔张开和关闭的机能瘫痪, 臭氧可损害叶片的栅栏组织. 水溶态的污染物到达根表面，主要有两条途径： 一条是质体流途径(massflow)，即污染物随蒸腾拉力，在植物吸收水分时与水一起到达植物根部； 另一条是扩散途径(diffusion)，即通过扩散到达根表面。 叶片对农药通过气孔吸收与角质层吸收。 附着性能是影响药效的重要因素。表面活性剂能显著降低表面张力，改善药液在叶面的附着性, 从而提高吸收。 如: 刘支前等发现不加任何表面活性剂时，草甘膦药液不能直接经蚕豆叶面气孔吸收；添加0.5％的有机硅表面活性剂后，气孔吸收率可达85.4％。 土壤中重金属本身所存在的形态可分为：水溶态、有机质结合态、碳酸盐结合态、Fe-Mn氧化物结合态以及包含于矿物晶格中的残渣态。 从植物的可利用性可分为可吸收态、交换态、难吸收态。 重金属的游离离子及螯合离子易被植物所吸收，残渣态的难被植物吸收，介于两者之间的则为交换态。 物理化学修复类型：客土法、化学固化、电化学、土壤淋洗等． 缺点：易引起二次污染、土壤结构破坏、生物活性下降和肥力退化，修复成本过高。 小结-植物修复的优点 适用污染因子广泛，不仅适合重金属，同时可治理有机物污染。 从生态学角度看，有利于污染地生态恢复，美化环境。 以太阳能为动力，成本低，适合大面积修复推广。修复费用约为5～40美元／吨，而填埋的费用为100～500美元／吨。尤其适于低浓度条件。 不会引起二次污染，特别是不会对地下水构成污染。 植物提取:利用植物根系吸收重金属元素，并经过植物体内一系列复杂的生理生化过程，将重金属元素从根部转运至植物地上部分，再进行收割处理。 根据实施的策略不同，植物提取技术可分为连续植物提取和诱导植物提取。 第一种情况（连续植物提取）：植物在整个生命周期中都能吸收、转运、积累和忍耐高含量的重金属． 第二种情况：某些植物只能在一段时期内吸收重金属，或整个生命期中都吸收但吸收量很低． 第二种情况下，人们辅以络合剂等理化措施诱导植物积累更多金属元素，这就是诱导植物提取。 诱导植物提取举例：在芥菜营养生长旺盛期施用ＥＤＴＡ络合剂可显著提高土壤中植物有效态Cu，使土壤水浸提态Cu和交换态Cu显著上升，从而芥菜中Cu的含量明显增加 植物提取技术与其他修复模式的区别之处在于重金属地上部分含量的不同。 因而植物提取技术要求植物能从根部吸收重金属离子，还能有较高的地上部分转运能力。 金属离子首先进入根部细胞，通过共质体的运输穿越根内皮层中的凯氏带，进入中柱送达木质部，再与木质部中大量存在的有机酸和氨基酸结合运往地上部分． 印度芥菜在高浓度可溶性Pb营养液中培养一段时间后,茎中Pb含量达到1.5％； 印度芥菜还能吸收积累Cr、Cu、Zn、Cd 、Ni等重金属． 为植物修复的核心部分，最早的概念于1977年Brooks提出，现在接近成熟． 东南景天(Sedum alfredii H)——由杨肖娥等发现的第一种Zn 超富集植物。地上部的Zn含量达5000ppm.富集系数达1.9以上。 蜈蚣草（Pteris vittata Linn.）——第一种在我国发现的As超富集植物，由陈同斌等发现． 超积累植物地上部分的重金属含量是同等生境条件下其他普通植物含量的100倍以上； 在污染地生长旺盛，生物量大，能正常完成生活史； 富集系数(BCF)和转运系数(TF)都大于l。一般而言，植物体内重金属临界含量为Zn:l0000mg／kg, Cd:l00mg／kg, Au:lmg／kg, Pb、Cu、Ni、Co均为1000mg／kg. 长期生长于污染土壤中的植物对环境胁迫往往形成了三类适应模式，各自特点为: 抵御：与根际周围的各类真、细菌组成菌根，形成防御体系共同抵制外界污染物质的侵害。 忍耐：无法构建防御体系，但可形成一定的忍耐特性，体内重金属含量高于普通植物，即使脱离重金属污染土壤仍能自