重金屬污染植物修復(fù)的概念與應(yīng)用

董萌 趙運(yùn)林 周小梅 庫(kù)文珍

摘 要:本文對(duì)植物修復(fù)的概念進(jìn)行了說(shuō)明,并在此基礎(chǔ)上綜合國(guó)內(nèi)外研究資料,對(duì)該種方法的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了舉例探討,為當(dāng)前從事該領(lǐng)域研究的人員提供一定的理論資料。

關(guān)鍵詞:重金屬植物修復(fù)應(yīng)用

中圖分類號(hào):X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)06(a)-0136-01

土壤重金屬污染是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外環(huán)境科學(xué)研究中備受關(guān)注的問(wèn)題。土壤中過(guò)量的Cd、Pb、As、Hg等有毒重金屬元素的存在,對(duì)土壤環(huán)境及生活于其中的動(dòng)植物體造成較大危害,甚至可通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的傳遞而嚴(yán)重地影響人類安全與健康。傳統(tǒng)的物理或化學(xué)治理方法具有成本高、擾動(dòng)大、二次污染等缺陷,生態(tài)修復(fù)治理的方式比較理想,相對(duì)傳統(tǒng)方法則更加安全、徹底,符合環(huán)境污染生態(tài)治理的要求。植物修復(fù)是生態(tài)修復(fù)中一個(gè)重要分支,也是國(guó)內(nèi)外研究得比較早的生態(tài)修復(fù)方法,下面對(duì)該種方法的基本特點(diǎn)及應(yīng)用作簡(jiǎn)要概述。

1 植物修復(fù)的概念與“超富集植物”

植物修復(fù)(Phytoremediation),通常是指在被重金屬污染的土壤上種植對(duì)該種重金屬具有較強(qiáng)吸收、富集能力的植物,經(jīng)過(guò)一定時(shí)期后收獲植物地上部分并進(jìn)行妥善處理,以使重金屬污染物隨之移出土壤,從而達(dá)到污染治理的目的。其過(guò)程主要是利用植物根系及根際圈微區(qū)體系的吸收、降解、轉(zhuǎn)化等環(huán)節(jié)來(lái)清除環(huán)境中的污染物質(zhì)。此外,廣義上的植物修復(fù)還包括利用植物地上部分來(lái)凈化空氣及其根際部分來(lái)凈化污水。我們所研究的植物修復(fù),一般多指利用植物根系來(lái)清潔被無(wú)機(jī)物和有機(jī)物污染過(guò)的土壤,這種用于修復(fù)環(huán)境的植物體,有一個(gè)專門的名稱叫做“Hyperaccumulators”。關(guān)于該詞的譯解,國(guó)內(nèi)一般有多種叫法,諸如“超積累植物”、“超富集植物”、“超累積植物”、“超量積累植物”等等,陳同斌等[1]通過(guò)大量考證,建議國(guó)內(nèi)學(xué)者將該詞統(tǒng)一譯為“超富集植物”。

2 植物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)與實(shí)踐應(yīng)用

2.1 綠色、安全、成本低

植物修復(fù)是借助于太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)、在植物體新陳代謝過(guò)程中即可完成的自然修復(fù)過(guò)程,因此不需要額外的能量添加和材料損耗,體現(xiàn)出“綠色、安全”等特點(diǎn),且經(jīng)植物體提取的重金屬污染物蓄積在地上部分莖葉內(nèi),易于進(jìn)行收割處理。唐世榮和Wilke[2]歸納了植物修復(fù)的幾大優(yōu)點(diǎn),如修復(fù)成本低、實(shí)施過(guò)程簡(jiǎn)易、環(huán)境美學(xué)價(jià)值高、對(duì)土壤環(huán)境擾動(dòng)小且可增加土壤肥力、修復(fù)效果徹底等。國(guó)外有學(xué)者專門比較了植物提取修復(fù)法和其他物理、化學(xué)修復(fù)法之間的操作成本,發(fā)現(xiàn)凈化每t受Cd、Cu污染的土壤所需的價(jià)格分別為:玻璃化法為75～425美元、填埋法為100～500美元、化學(xué)試劑處理法為100～500美元、電動(dòng)法為20～200美元,而植物提取修復(fù)法僅需5～40美元,顯示出非常明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

2.2 國(guó)內(nèi)外重金屬污染的植物修復(fù)成功案例介紹

鑒于植物修復(fù)技術(shù)所具備的諸多優(yōu)點(diǎn),國(guó)內(nèi)外研究人員紛紛進(jìn)行了實(shí)踐方面的探索,以使這一技術(shù)早日走出實(shí)驗(yàn)室、在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮效能。在英國(guó)洛桑實(shí)驗(yàn)站,Baker等首次利用菥蓂屬植物Thlaspi caerulescens修復(fù)了因長(zhǎng)期施用含重金屬的污泥而導(dǎo)致污染的土地,證實(shí)了這項(xiàng)技術(shù)的可行性;據(jù)報(bào)道,美國(guó)Edenspace公司于1996年成功地利用印度芥菜與EDTA結(jié)合修復(fù)了一塊被Pb污染過(guò)的土地,使表層土壤Pb含量從2300mg·kg-1下降到420mg·kg-1,取得了良好的效果;植物修復(fù)成功實(shí)踐的另一著名案例是1991年由Chaney等人[3]在明尼蘇達(dá)州圣堡羅地區(qū)開展的土壤Cd污染治理,他們利用麥瓶草屬、遏藍(lán)菜屬、長(zhǎng)葉萵苣、抗性紫羊茅等植物進(jìn)行植物修復(fù),經(jīng)過(guò)3年時(shí)間,使當(dāng)?shù)谻d、Zn等重金屬降到了許可值范圍內(nèi);我們所熟知的事件中,不久前的日本福島核泄漏事故使土壤核金屬污染將成為此次事件后的又一環(huán)境問(wèn)題,據(jù)悉,日本農(nóng)林水產(chǎn)省正準(zhǔn)備在福島縣部分地區(qū)著手清理受重金屬放射性物質(zhì)污染的農(nóng)田和牧場(chǎng)土壤,大面積種植能吸收這些污染物的向日葵和油菜等植物,以試驗(yàn)利用植物凈化土壤的有效方法,這也可認(rèn)為是植物修復(fù)重金屬污染走向?qū)嵺`應(yīng)用的一大工程,而此前也曾有過(guò)利用向日葵等植物來(lái)修復(fù)治理Cd、Cr、Ni等重金屬污染的報(bào)道。在我國(guó),雖然沒(méi)有大規(guī)模使用植物修復(fù)治理土壤重金屬的典型案例報(bào)道,但很多工作已經(jīng)取得理想的前期成果,有些正處于野外大田中試階段,例如陳同斌、韋朝陽(yáng)[4]從1999年開始研究As的超富集植物蜈蚣草,為As污染土壤的植物修復(fù)奠定了良好的基礎(chǔ);魏樹和等[5]對(duì)新發(fā)現(xiàn)的Cd超富集植物龍葵的修復(fù)特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究,確定了該種植物的最佳修復(fù)生長(zhǎng)期;束文圣、李金天等曾利用木本植物楊桃(Aver rhoa carambola)進(jìn)行大田Cd的修復(fù)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)種植170d后,可從每公頃種植面積的土壤中帶走213g的Cd,照此修復(fù)效率計(jì)算,13年后即可將該區(qū)域土壤中的Cd移除50%！由此可見,植物修復(fù)技術(shù)在突然重金屬污染防治領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳同斌,閻秀蘭,廖曉勇,等.關(guān)于hype raccumulator中文譯名的探討[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào).2005,25(9):1148～1150.

[2] 唐世榮.Wilke B M.植物修復(fù)技術(shù)與農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào).1999,15(2):21～26.

[3] Chaney R L, Malik M, Li Y M, et al. Phytoremediation of soil metals[J]. Current Opinions in Biotechnology,1997(8):279～284.

[4] 陳同斌,韋朝陽(yáng),黃澤春,等.砷超富集植物蜈蚣草及其對(duì)砷的富集特征[J].科學(xué)通報(bào).2002,47(3):207～210.

[5] Wei S H,Zhou Q X, Koval P V. Flowering stage characteristics of cadmium hyperaccumulator Solanum nigrum L. and their significance to phytoremediation[J].Science of the Total Environment, 2006(369):441～446.