植物修復(fù)法植物輔助生物

(Plant-Assisted Bioremediation)

原理：通過植物的吸收促進(jìn)某些重金屬轉(zhuǎn)移為可揮發(fā)態(tài),揮發(fā)出土壤和植物表面,達(dá)到治理土壤重金屬污染的目的。

有些元素如Se、As和Hg通過甲基化揮發(fā),大大減輕土壤的重金屬污染。如B.Juncea能使土壤中的Se以甲基硒的形式揮發(fā)去除。還有的研究表明煙草能使毒性大的二價(jià)汞轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的零價(jià)汞。Rugh等將細(xì)菌的汞還原酶基因轉(zhuǎn)入Arabidopsistfialiana中,發(fā)現(xiàn)該植物對(duì)HgCl2的抗性和將Hg2 還原為Hg的能力明顯增強(qiáng)。

這一方法只適用于揮發(fā)性污染物，植物揮發(fā)要求被轉(zhuǎn)化后的物質(zhì)毒性要小于轉(zhuǎn)化前的污染物質(zhì),以減輕環(huán)境害。

由于這一方法只適用于揮發(fā)性污染物，應(yīng)用范圍很小，并且將污染物轉(zhuǎn)移到大氣和（或）異地土壤中對(duì)人類和生物又一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此，它的應(yīng)用將受到限制。

原理: 借助植物羽狀根系所具有的強(qiáng)烈吸持作用, 從污水中吸收, 濃集, 沉淀金屬或有機(jī)污染物.

植物根系可以吸附大量的鉛, 鉻等金屬. 另外也可以用于放射性污染物, 疏水性有機(jī)污染物(如三硝基甲苯TNT)的治理.

進(jìn)行根濾作用所需要的媒介以水為主. 因此根濾是水體, 淺水湖和濕地系統(tǒng)進(jìn)行植物修復(fù)的重要方式, 所選用的植物也以水生植物為主.

原理: 植物轉(zhuǎn)化也稱植物降解(Phytodegradation)，指通過植物體內(nèi)的新陳代謝作用將吸收的污染物進(jìn)行分解，或者通過植物分泌出的化合物（比如酶）的作用對(duì)植物外部的污染物進(jìn)行分解。

植物轉(zhuǎn)化技術(shù)使用于疏水性適中的污染物, 如BTEX, TCE, TNT等軍用排廢. 對(duì)于疏水性非常強(qiáng)的污染物, 由于其會(huì)緊密結(jié)合在根系表面和土壤中, 從而無(wú)法發(fā)生運(yùn)移. 對(duì)于這類污染物, 更適合采用之后提到的植物固定和植物輔助生物修復(fù)技術(shù)來(lái)治理.

植物修復(fù)過程中可以具體分為5種：

phytoextraction植物提取

phytostabilisation植物固定

phytovolatilization植物揮發(fā)

phytoinfiltration植物過濾

phyto-enhanced degradation植物加強(qiáng)的降解作用

原理：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(yùn)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。該技術(shù)利用的是一些對(duì)重金屬具有較強(qiáng)忍耐和富集能力的特殊植物。要求所用植物具有生物量大、生長(zhǎng)快和抗病蟲害能力強(qiáng)的特點(diǎn),并具備對(duì)多種重金屬較強(qiáng)的富集能力。

此方法的關(guān)鍵在于尋找合適的超富集植物和誘導(dǎo)出超級(jí)富集體。

原理：利用植物根際的一些特殊物質(zhì)使土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為相對(duì)無(wú)害物質(zhì)的一種方法。

植物在植物穩(wěn)定中主要有兩種功能:

1.保護(hù)污染土壤不受侵蝕,減少土壤滲漏來(lái)防止金屬污染物的淋移;

2.通過金屬根部的積累和沉淀或根表吸持來(lái)加強(qiáng)土壤中污染物的固定。

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(dòng)物及牛、羊等牲畜在這些地方覓食后可能會(huì)對(duì)食物鏈帶來(lái)的污染。

然而植物穩(wěn)定作用并沒有將環(huán)境中的重金屬離子去除,只是暫時(shí)將其固定,使其對(duì)環(huán)境中的生物不產(chǎn)生毒害作用,但并沒有徹底解決環(huán)境中的重金屬污染問題。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(huì)發(fā)生改變。因此，植物固定不是一個(gè)很理想的修復(fù)方法。

從1999年開始，在國(guó)家“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)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(guó)際上建立了第一個(gè)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。

優(yōu)點(diǎn)

花費(fèi)低，適應(yīng)性廣，無(wú)二次污染物

缺點(diǎn)

修復(fù)周期長(zhǎng)

對(duì)于深層污染的修復(fù)有困難

由于氣候及地質(zhì)等因素使得植物的生長(zhǎng)受到限制

存在污染物通過“植物—?jiǎng)游铩钡氖澄镦溸M(jìn)入自然界的可能2100433B

植物修復(fù)具有成本低、不破壞土壤和河流生態(tài)環(huán)境、不引起二次污染等優(yōu)點(diǎn)。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，植物修復(fù)成為環(huán)境污染治理研究領(lǐng)域的一個(gè)前沿性課題。

植物修復(fù)過程中可以具體分為5種：

phytoextraction植物提取修復(fù)

phytovolatilization植物揮發(fā)修復(fù)

phytostabilisation植物固定修復(fù)

phytotransformation植物轉(zhuǎn)化修復(fù)

rhizosphere bioremediation根圈的植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)植物提取修復(fù)

又稱植物萃取技術(shù)，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(yùn)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。該技術(shù)利用的是一些對(duì)重金屬具有較強(qiáng)忍耐和富集能力的特殊植物。要求所用植物具有生物量大、生長(zhǎng)快和抗病蟲害能力強(qiáng)的特點(diǎn)，并具備對(duì)多種重金屬較強(qiáng)的富集能力。此方法的關(guān)鍵在于尋找合適的超富集植物和誘導(dǎo)出超級(jí)富集體。

植物修復(fù)植物揮發(fā)修復(fù)

通過植物蒸發(fā)作用將揮發(fā)性化合物或者新陳代謝產(chǎn)物釋放到大氣的過程。羥基是光化學(xué)循環(huán)中形成的一種氧化劑，地下環(huán)境中許多難處理的有機(jī)化合物進(jìn)入大氣后可很快與羥基氫氧基產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。然而，將污染物從土壤或地下水轉(zhuǎn)移到大氣中并不容易。植物中的硝酸鹽還原酶和樹膠氧化酶可分解藥廢棄物如TNT，并將降解后的環(huán)形結(jié)構(gòu)物結(jié)合到新的植物組織或有機(jī)碎片中，成為有機(jī)物質(zhì)的組成部分，從而達(dá)到去毒的目的。去毒機(jī)制是將母體化合物轉(zhuǎn)化為無(wú)植物毒性的新陳代謝產(chǎn)物存在植物器官中。對(duì)酶作用途徑和產(chǎn)物的深入研究無(wú)疑會(huì)豐富和發(fā)展現(xiàn)有的植物修復(fù)理論。

植物修復(fù)植物固定修復(fù)

原理：利用植物根際的一些特殊物質(zhì)使土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為相對(duì)無(wú)害物質(zhì)的一種方法。

植物在植物穩(wěn)定中主要有兩種功能：

1.保護(hù)污染土壤不受侵蝕，減少土壤滲漏來(lái)防止金屬污染物的淋移;

2.通過金屬根部的積累和沉淀或根表吸持來(lái)加強(qiáng)土壤中污染物的固定。

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(dòng)物及牛、羊等牲畜在這些地方覓食后可能會(huì)對(duì)食物鏈帶來(lái)的污染。

然而植物穩(wěn)定作用并沒有將環(huán)境中的重金屬離子去除，只是暫時(shí)將其固定，使其對(duì)環(huán)境中的生物不產(chǎn)生毒害作用，但并沒有徹底解決環(huán)境中的重金屬污染問題。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(huì)發(fā)生改變。因此，植物固定不是一個(gè)很理想的修復(fù)方法。

植物修復(fù)植物轉(zhuǎn)化修復(fù)

原理：植物轉(zhuǎn)化也稱植物降解(Phytodegradation)，指通過植物體內(nèi)的新陳代謝作用將吸收的污染物進(jìn)行分解，或者通過植物分泌出的化合物（比如酶）的作用對(duì)植物外部的污染物進(jìn)行分解。植物轉(zhuǎn)化技術(shù)使用于疏水性適中的污染物，如BTEX，TCE，TNT等軍用排廢.對(duì)于疏水性非常強(qiáng)的污染物，由于其會(huì)緊密結(jié)合在根系表面和土壤中，從而無(wú)法發(fā)生運(yùn)移.對(duì)于這類污染物，更適合采用之后提到的植物固定和植物輔助生物修復(fù)技術(shù)來(lái)治理。

植物修復(fù)根圈的植物修復(fù)技術(shù)

又稱植物刺激技術(shù)、植物輔助修復(fù)技術(shù)，或根圈降解技術(shù)。

原理：通過植物的吸收促進(jìn)某些重金屬轉(zhuǎn)移為可揮發(fā)態(tài)，揮發(fā)出土壤和植物表面，達(dá)到治理土壤重金屬污染的目的。有些元素如Se、As和Hg通過甲基化揮發(fā)，大大減輕土壤的重金屬污染。如B.Juncea能使土壤中的Se以甲基硒的形式揮發(fā)去除。

還有的研究表明煙草能使毒性大的二價(jià)汞轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的零價(jià)汞。Rugh等將細(xì)菌的汞還原酶基因轉(zhuǎn)入Arabidopsistfialiana中，發(fā)現(xiàn)該植物對(duì)HgCl2的抗性和將Hg2 還原為Hg的能力明顯增強(qiáng)。這一方法只適用于揮發(fā)性污染物，植物揮發(fā)要求被轉(zhuǎn)化后的物質(zhì)毒性要小于轉(zhuǎn)化前的污染物質(zhì)，以減輕環(huán)境害。由于這一方法只適用于揮發(fā)性污染物，應(yīng)用范圍很小，并且將污染物轉(zhuǎn)移到大氣和（或）異地土壤中對(duì)人類和生物又一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此，它的應(yīng)用將受到限制。

本書介紹了植物修復(fù)及其相關(guān)的基本概念、重金屬植物與超積累植物、植物修復(fù)的基本原理與方法、植物修復(fù)的影響因素及瓶頸問題、放射性核素污染環(huán)境的動(dòng)植物修復(fù)、核分析手段在植物修復(fù)與植物過濾領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用等內(nèi)容。

目前現(xiàn)有的環(huán)境污染土壤修復(fù)技術(shù)通常采用物理和化學(xué)方法，如排土壤埋法、稀釋法、淋洗法、物理分離法和穩(wěn)定化及化學(xué)法等。成本高，難于管理，易造成二次污染，且對(duì)環(huán)境擾動(dòng)大。近年來(lái)生物修復(fù)技術(shù)因其成本低，適合大規(guī)模的應(yīng)用，利于土壤生態(tài)系統(tǒng)的保持，對(duì)污染地景觀有美學(xué)價(jià)值，對(duì)環(huán)境基本沒有破壞作用，從而引起了公眾及科學(xué)界的廣泛興趣。生物修復(fù)技術(shù)包括植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)和微生物-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。

植物修復(fù)定義

植物修復(fù)指直接利用植物把受污染土地或地下水中的污染物（重金屬、有機(jī)物等）移除、分解或圍堵的過程。目前普遍認(rèn)為利用植物修復(fù)的方法，來(lái)清除受重金屬污染的土地，是一種較便宜且方便的作法，甚至有科學(xué)家指出，可利用植物的這種特性開采土壤中的金屬礦物。

植物修復(fù)優(yōu)點(diǎn)

植物修復(fù)技術(shù)屬于原位修復(fù)技術(shù)，其成本低、二次污染易于控制，植被形成后具有保護(hù)表土、減少侵蝕和水土流失的功效，可大面積應(yīng)用于礦山的復(fù)墾、重金屬污染場(chǎng)地的植被與景觀修復(fù)。

植物修復(fù)缺點(diǎn)

植物修復(fù)技術(shù)主要依賴于生物進(jìn)程， 與 一些常用工程措施相比見效慢，修復(fù)耗時(shí)長(zhǎng)。 對(duì)于深層污染的修復(fù)有困難，由于氣候及地質(zhì)等因素使得植物的生長(zhǎng)受到限制，存在污染物通過“植物—?jiǎng)游铩钡氖澄镦溸M(jìn)入自然界的可能。