四种植物修复技术在重金属污染土壤中的应用

Posted 2023-01-12 植物

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土壤是生态环境的重要组成部分，是人类赖以生存的主要资源之一。近年来，土壤污染日益严重，其中重金属污染土壤不仅面积大，且残留时间长。当土壤中重金属含量积累到一定的程度，会对植物系统产生一定的毒害作用，导致农作物的产量和品质下降、土壤退化，因重金属污染每年粮食减产达1000多万t，每年有1200万t粮食是被重金属污染的，年经济损失在200亿以上。另外，通过植物的吸附作用，重金属可以进入植物体内，通过接触和食物链等途径，最终危害人们的生命健康。
1重金属及土壤重金属
1.1重金属的概念。重金属是指元素的密度大于6g/cm3，常见的有铜、锌、银、镉、铅、铬、汞和锡等。重金属离子是植物代谢必需的微量元素(如Cu2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+、Ni2+和Co2+等)，如果过量则具有相当毒性。受到污染的土壤通常具有累积性、隐蔽性、滞后性和不可逆转性，治理相当困难。
1.2重金属污染土壤的主要影响因素如下：1)矿产资源的开采，采矿过程产生的大量废水、废气、废渣及采矿废弃场地，都能使重金属引起土壤污染；2)化肥和农业的大量使用，现代农业生产中，随意滥用化肥和农药，急剧增加农业土壤中重金属含量，进而造成重金属污染农业土壤；3)污水灌溉和污泥的利用，城市污泥的农业利用和含有重金属的污水的农业灌溉都是引起土壤重金属污染的来源；4)汽车尾气的排放，由于汽车工业的发展，越来越多的汽车进入家庭，汽车排放的尾气对公路两旁的土壤重金属污染尤为严重。
2植物修复方法
金属污染土壤的植物修复技术是利用植物修复和消除由有机毒物和无机废弃物造成的土壤环境污染，其是一种利用自然生长植物或遗传工程培育植物修复金属污染土壤环境的技术总称，主要通过植物系统及其根际微生物群落来移去、挥发或稳定土壤环境污染物。
2.1植物提取法。种植一些特殊的植物，利用其根系吸收受污染土壤中的有毒有害物质，并将其转移至植物的地上部分，最后通过收割地上部分物质的方式带走土壤中的污染物。该技术最适合浅层且污染程度较低的土壤修复。
2.2植物挥发法。利用植物根系分泌的一些特殊物质，使土壤中的汞、硒转化为挥发形态以去除污染的一种方法。植物挥发只是将污染物从土壤中经植物转移到人气中进行稀释，这一方法只适用于挥发性污染物，所以应用范围小，并且将污染物转移到大气中对人类和生物有一定的风险。
2.3植物固化法。利用植物根际的一些特殊物质使土壤中污染健康的风险就是植物固化法。其只是暂时将其固定，在这个过程中土壤重金属的含量并不减少，之后包括分解、螯合、氧化还原等多种过程。
2.4根际过滤法。在重金属污染的水体中种植特定的植物，通过植物庞大的根系和巨大的表面积，过滤、吸收、富集水体中重金属元素，之后收获处理植物，达到治理水体重金属污染的目的就是根际过滤。如有效吸收清除水体中镉、铜和硒就利用水科植物浮萍和水葫芦。
3植物修复技术在重金属污染土壤修复中的应用
超积累植物是植物修复中的主要作物，植物体中对重金属元素的积累量超过普通植物100倍以上，超积累植物约有450种，广泛分布于植物界的45个科，大多数属于十字花科植物，以超积累镍最多，有些能同时吸收和积累2种或2种以上的重金属元素，目前植物修复技术具有巨大的市场潜力。
国内关于植物修复的研究起步较晚，但也取得了一系列的成果。陈同斌等首次在中国找到了砷的超富集植物蜈蚣草；对砷有很好富集作用的是大叶井口边草，其地上部分含砷量可达694mg/kg；修复土壤铅污染的富集效果较好的植物是鲁白、芥菜，这些植物在温室砂培盆栽条件下，进行铅吸收和耐性实验，发现其不仅生长快，且地上部分铅含量超过1000mg/kg，迁移总量和迁移率都很高；超富集铜的植物是鸭跖草；通过野外调查和温室栽培发现，东南景天是很好的锌超富集植物，在天然条件下的地上部分锌平均含量为4515mg/kg。
蔬菜也对土壤中的重金属有一定的富集作用。辣椒、四季豆、莴苣、红萝卜均对汞有一定的富集作用(气汞浓度为57.6±14.7ng/m3)，富集汞的能力最强的是辣椒，最低的是莴苣。姚会敏等发现，不同类蔬菜及不同品种的同类蔬菜之间，吸收和累积金属的能力存在显著差异；在杂草中筛选出龙葵等植物，茎和叶中富集系数也大于1(镉含量均超过l00mg/kg)，认为是镉超积累植物。
4结语
植物修复技术在土壤修复中是绿色环保技术，社会生态综、合效益良好，主要是治理的费用比原来传统技术低很多，并且、该方法的治理成效具有永久性，在重金属污染土壤治理方面值、得推广。因此，提出植物修复概念后，很快成为环境领域的全球性研究热点，在环保领域上植物修复技术将成为朝阳产业。