植物修复重金属污染土壤效果研究_精品文档.doc

1、不同植物种类修复重金属污染土壤效果分析摘要: 关键词：中图分类号:S157. 433 文献标识码:A 文章编号:100523409 (2007) 0120024205采矿，冶炼，加工，农业及废弃物处置等一系列人类活动已经产生了严重的重金属环境污染，已逐步成为一个全球性的问题。重金属污染不仅对农作物的收成与质量产生了重要影响，而且已经影响到了大气及水环境质量，并通过食物链危及人类健康(Cunningham et al., 1995；Chen et al., 2000)。我国受Hg，Cr，Cd，Pb 等重金属污染的耕地面积达 2108 hm2，约占总耕地面积的1/5。广东省翁源县上坝村，由于长期使

2、用富含重金属的污水灌溉农田，使得大部分农田Cd，Cu含量超出国家标准10多倍，成了癌症高发村(周建民等，2004)。目前国内外采用的重金属污染土壤的修复技术分为物理修复法、化学修复法和生物（植物）修复法。利用物理和/或化学方法治理重金属污染土壤往往投资昂贵、容易造成二次污染，因此无法大面积应用。通过植物吸收，转运，积累，从而去除土壤或水体中有害重金属，从而实现土壤修复的技术已引进许多国家和科学界的重视。植物修复技术是利用植物的吸收和代谢功能将环境介质中的有毒有害污染物进行分解、富集和稳定的过程（Cunninggham et al., 1996）。以植物为基础的植物修复法由于具有其他技术无可比拟

3、的优点：经济、绿色、环境友好和可以进行原位修复等（McGrath et al., 2002），逐渐成为当今环境科学领域的一个研究热点。污染土壤的植物修复技术主要包括植物固定法（Phytostabilization）和植物提取法（Phytoextraction）。植物固定法较适用于重度污染的土壤，但并不去除土壤中的污染物，植物提取法则较适用于低度和中度污染的土壤。大面积的环境问题与低到中度重金属污染土壤有关，因此植物提取法被认为是植物修复技术中最具有经济市场和发展前景的方法。进行土壤修复时，根据所选用的不同植物大体上可以分为三类，即利用超积累植物修复，利用高生物量农作物修复和利用农田杂草修复等。

4、1超积累植物修复效果植物修复中，超积累植物是进行植物修复中首选要考虑的种类。植物种类的选择是成功的关键因素之一。超积累植物是能超量吸收重金属并将其运移到地上部的植物。通常，超富集植物的界定可考虑以下两个主要因素：植物地上部富集的重金属应达到一定的量；植物地上部的重金属含量应高于根部。由于各种重金属在地壳中的丰度及在土壤和植物中的背景值存在较大差异，因此，对不同重金属，其超富集植物富集浓度界限也有所不同。目前采用较多的是 Baker 和 Brooks (1983)年提出的参考值, 即把植物叶片或地上部(干重) 中含 Cd 达到 100 mg kg-1， 含 Co，Cu，N i，Pb 达到 100

5、0 mg kg-1，Mn，Zn 达到10000 mg kg-1 以上的植物称为超富集植物。同时这些植物还应满足转运系数S / R1 的条件(S 和R 分别指植物地上部和根部重金属的含量)。表1 部分超富集植物种对重金属的富集状况重金属植物种叶浓度/ mg kg-1发现地点引用文献Zn遏蓝菜属 Thlaspi calaminare39600德国Brook遏蓝菜属 Thlaspi goesingense50000法国Escarre 等遏蓝菜属 Thlaspi caerulescens25000德国Escarre 等碎米荠属 Cardami nopsishalleri21500法国Muller 等东

6、南景天 Sedum alfredii4515中国杨肖娥等Cd遏蓝菜属 Thlaspi caerulescens1800美国Robinson 等遏蓝菜属 Thlaspi goesingense15000法国Brook碎米荠属 Cardami nopsishalleri281法国Muller 等凤眼莲 Eichhornia crassipes 40009300 中国郭静等宝山堇菜 Viola baoshanensis1168中国刘威等Ni叶下珠属 Phyllanthus serpentinus13700非洲Collins庭荠菜属 Alyssum10000美国Robinson 等Pb遏蓝菜属 Thl

7、aspi caerulescens667英国Baker 和Walker香蒲属 Typha latifolia1635英国Ye 等遏蓝菜属 Thlaspi rotundifolium8200德国Baker 和WalkerSe黄芪属 Astragalus racemosus14900美国Baker 和WalkerMn串珠藤属 Alyxia rubricaulis11500非洲Brooks 等As蜈蚣草 Pteris vittata800中国陈同斌等(王松良等，2007)Baker (1994)等在英国洛桑试验站首次以田间试验研究了在 Zn 污染土壤(440 mg kg-1)栽种不同超富集植物和非超

8、富集植物对土壤Zn 的吸收清除效果。结果表明，超富集植物 T. caeulescens 富集 Zn 是非超富集植物 Raphnus satinus (萝卜) 的150 倍，富集 Cd 相应则是10 倍。其每年从土壤中吸收的 Zn 量为30 kg hm-2,，是欧盟允许年输入量的2 倍，而非超富集植物萝卜则仅能清除其1% 的量。Baker 同时也发现， 尽管 T. caeulescens 吸收重金属能力很强, 但由于其生物量小, 需1314a 的连续栽种才能将试验地的重金属含量修复到欧共体规定的临界标准(300 mg kg-1)。而 Brassica juncea (印度芥菜) 对重金属的富集能

9、力虽不如 T. caeulescens，但其生物量至少是它的20倍, 因而显示 B. juncea 在植物修复上具有更大的潜力。Robinson 等(1998)在法国南部利用盆栽和田间试验结合进一步研究了T. caerulescens 修复污染土地的潜力, 通过施肥，Thlaspicaeru lescens 的生物量增加了两倍，而其地上部Zn，Cd 含量没有下降，但修复 500 mg kg-1 Zn 污染土地仍需8.13a。但目前具有推广价值的超积累植物通常只能吸收一种或两种重金属，特别是超积累植物植株矮小、生物量低、生长缓慢和生活周期长，使其对某些重金属提取效率偏低。Keller 等(200

10、3)综合有关文献后认为，超积累植物 T. caerulescens 对土壤某些重金属的提取效率没有农作物高，如B. juncea 对Cu提取效率为146 g ha-1，N. tabacum 为 474 g ha-1，Z. mays 为 163 g ha-1，T. caerulescens 仅为50 g ha-1；对于 Zn，B. juncea 可以提取 894 g ha-1，N. tabacum 为 1834 g ha-1，Z. mays 为 1998 g ha-1，但是 T. caerulescens 竟高达 5052 g ha-1；对于 Cd，则 B. juncea 可以提取 6.95 g

11、 ha-1，N. tabacum 为 41.7 g ha-1，Z. mays 为 9 g ha-1，T. caerulescens 为 179 g ha-1。超积累植物进行原位修复污染土壤时，在某些条件下，并不能充分发挥它的修复潜力。如 McGrath 等(2006) 在原位修复中发现，圆叶南芥 A. halleri 仅从土壤中提取出了 0.02% 的 Cd 和 0.066% 的 Zn。T. caerulescens 的生物产量变化很大，在不同条件下生态型条件下，其生物量在 0.513.4 t ha-1 变动，相差26倍，严重影响到了其提取效率。Clemente 等(2005)观测到，在田间条

12、件下，印度芥菜(B. juncea)对土壤中Zn，Cu，和 Pb 的吸收量很低，对土壤中共存的其他金属忍耐能力差，限制了植物修复技术在复合污染土壤治理方面的应用，表明了利用植物提取对清除多金属污染的土壤修复仍有一定的问题。超积累植物修复时产生的直接经济效益偏低。如田旋花(Convolvulus arvensi)可以积累1500 mg kg-1 的 Cd (Gardea-Torresdey et al., 2004)，但其经济价值非常的低。使用超积累植物如十字花科菥冥属(Thlaspi) 芸薹属(Brassica)时同样也存在这样的问题。这不符合我国当前污灌区土壤修复的现实情况。应该是有可行的并

13、且有一定经济效益的才能考虑。具有一定的经济效益且没有可食用部分。如植树造林，切花植物，植草可以使污染物不进入食物链。生长迅速间伐林(short rotation coppice)如桉树，柳树等许多超积累植物种群仅零星分布，一般在偏远地带，植物种子较小，繁殖体的收集较为困难。不易于机械化操作，修复效益低，达到土壤重金属标准含量的时间长。同时利用野生的，非本地的超积累植物环境风险性较高，有些可能不适合超积累植物的生长。2 高生物量农作物的土壤修复效果高生物量作物对重金属积累的含量一般比较低，但其生物量较大，所以有较高的重金属积累量。利用高生物量作物修复土壤已引起广泛的关注(Linger et al

14、., 2002；Meers et al., 2005； Diez Lazaro et al., 2006)。植物生物量可以作为生长在重金属污染土壤里植物健康的一个标志(Fayiga et al., 2004)。对高生物量作物的研究一般集中在白杨木，向日葵，大麻，芒草(Miscanthus floridulu (Labnll.) Warb )，柳树等经济和能源植物上，高生物量植物重金属富集能力通常情况下远比超积累植物低，但对污染物的最终移除取决于生物产量和金属的浓度 (Chaney et al., 1997；Sebastiani et al., 2004)。具有高生物量，有一定的耐性，有一定的积

15、累能力的作物在植物修复具有广阔和前景(Arduini et al., 2005)。通过种植和收获农作物来提取修复中轻度多金属污染土壤是一个有希望的技术(Bouwman et al., 2005)。作物原位修复效果对土壤重金属污染的清除十分重要。植物修复是否成功决定于以下几个因素：对某种高浓度的重金属提取过程中，要保持较高的生物量；可以采用农艺措施重复种植和收获富含重金属的组织。在现有高生物量农作物中，不降低其生物量而提高重金属的积累是进行植物修复最为可行的策略(Cui et al., 2004)。苏德纯等(2002)对油菜作为超富积植物修复 Cd 污染土壤的潜力进行了研究，结果发现，油菜溪口花籽有较强的吸收 Cd 的能力，其地上部分生物量、地上部吸 Cd 量和对 Cd 污染土壤的净化率均明显高于目前公认的参比植物印度芥菜(B. juncea)。Moussa 等(2003)研究发现了一种生物量大，生长迅速的 Zn 的累积植物山芋(Alocasia macrorrhiza)，