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1、植物修复是治理土壤重金属污染的可行技术研究,土壤污染论文内容摘要:植物修复是治理土壤重金属污染的1种绿色可行技术, 由于该方式方法成本低、安全, 使其成为国内外研究土壤重金属污染的热门。该文主要对铜、锌、铅、镉、砷5种重金属的超富集植物进行分类介绍, 提出超富集植物的局限性及其强化措施, 将该方式方法与新技术结合使用, 以期到达土壤重金属污染治理的最大化。 本文关键词语:植物修复; 超富集植物; 能源植物; 强化措施; 转基因植物; 随着我们国家经济快速发展, 环境问题日益突出, 土壤重金属污染成为迫切需要解决的世界难题。(全国土壤污染状况调查公报显示, 我们国家土壤重金属污染中Cd的污染最为
2、严重, 点位超标率 (指土壤超标点位的数量占调查点位总数量的比例) 到达7%, Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni 7种无机污染物点位超标率分别为1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%1。中国受Cd、As、Pb等重金属污染的耕地面积近2 105km2, 约占耕地总面积的1/5, 每年因重金属而减产的粮食达1.0 107t2。土壤重金属污染具有滞后性、不可逆转性和隐蔽性, 而且重金属不能降解, 难以治理。生物修复技术具有绿色、经济、环保、成本低、不毁坏土壤生态环境和无二次污染等一系列优势, 越来越遭到国内外研究人员的重视。华而不实, 植物修复技术成为近年来土壤
3、重金属污染修复研究的热门3。植物修复技术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4, 这一技术最早可追溯到300年前利用植物处理污染水源, 1983年由美国科学家Chaney等人初次提出了这一概念5。当前已有成功施行案例, 陈同斌等在湖南郴州市建立第1个植物修复示范工程, 并先后在云南省红河州和广西河池市等地开展产业化示范工作6。 1 超富集植物 重金属超富集植物具有下面3个重要特征:第一, 超富集植物地上部分的重金属含量是同等生境条件下其它普通植物含量的100倍以上;第二, 在重金属污染地生长旺盛, 生物量大, 能正常完成生活史, 一般不会发生重金属毒害现象;第三, 由于不
4、同重金属在地壳中的丰度以及在土壤和植物中的背景值存在较大差异, 因而对不同重金属, 其超富集植物富集质量分数界线也有所不同7。本文将对Cu、Zn、Pb、Cd、As 5种重金属的超富集植物进行分类介绍。 1.1 铜超富集植物 已报道的铜超富集植物大多来自刚果富含重金属的土壤, 世界上其它铜矿地区偶然会有铜超富集植物的报道, 但有待深切进入研究。迄今为止, 已发现铜超富集植物已达40余种, 富集铜能力最强的植物高山甘薯 (Ipomoea alpina) 累积铜的最大含量可达12300mg/kg8。我们国家对超富集植物的研究起步较晚, 但在铜的耐受或超积累植物方面也获得了一定的研究。张静言9在对铜超
5、富集植物的初步挑选中发现, 菊花的3个品种 北国之春 、 北吉峰 、 红珍珠 以及柠檬百里香、海蝇子草、虎杖均为铜超富集植物。华而不实 北国之春 和 北吉峰 对铜的最大积累量分别可达15585mg/kg和12269mg/kg。康薇10等在铜超积累植物的研究中发现, 蓖麻对铜的积累量地下部分最高可达3495mg/kg, 地上部分最高可达1290mg/kg。Rajakaruna在斯里兰卡发现5种植物的铜吸附总量均超过1000mg/kg, 华而不实天竺葵 (Geniospourum tenuiflorum) 吸附量到达2299mg/kg11。综合来看, 铜超富集植物在全球都有一定的分布, 但这些植物
6、均存在分布地域范围狭小的问题, 只能在特定的环境中生长, 因而铜超富集植物的异域种植及其应用还存在较大研究空间12。 1.2 锌超富集植物 当前全世界已发现锌超富集植物18种, 主要集中在北美洲、大洋洲和欧洲富含铅锌的土壤中13。根据Baker和Brooks给出的参考值, 植物体内锌含量到达10000mg/kg可以为是锌超富集植物。自然状态下, 锌矿通常和铅矿伴生, 因而在挑选锌超富集植物时要兼顾植物对铅锌2种重金属的耐性, 这给研究锌超富集植物造成了一定的难度。当前通过野外调查实验发现, 长柔毛委陵菜 (Potentilla griffithii var.velutina) 、天蓝遏蓝菜 (
7、Thlaspi caerulescens) 、短瓣遏蓝菜 (Thlaspi brachypetalum) 和白铜钱 (Dichapetalum gelonioides) 为锌超富集植物。华而不实, 长柔毛委陵菜为蔷薇科, 地上部分对锌的富集量最高可达26700mg/kg, 天蓝遏蓝菜和短瓣遏蓝菜为十字花科, 华而不实天蓝遏蓝菜地上部分对锌的富集量最高可达39600mg/kg, 白铜钱为铜钱属, 地上部分对锌的最大富集量可达30000mg/kg。汤叶涛等通过室内营养液培养发现滇苦菜对锌有很高的富集效果, 地上部与根部最高可达12472mg/kg和14026mg/kg, 因而, 滇苦菜为我们国家新
8、发现的1种锌超富集植物14。 1.3 铅超富集植物 国内外已报道的重金属超富集植物有400多种, 华而不实铅仅有几种。且在发现的铅超富集植物中, 大都生物量小, 生长缓慢, 不利于修复铅污染土壤。郭龙涛等通过土培和砂培商陆发现, 在土壤中, 商陆的地上部分最大积累量可达5052mg/kg, 在石英砂中, 商陆的地上部分可达10647mg/kg15, 因而商陆可作为铅超富集植物。郭晓宏等在山西临汾煤矿周边发现夏至草为优势植物, 通过盆栽实验发现, 其地上部分对铅的吸收量最大可达5447mg/kg16, 可作为铅超富集植物。 1.4 镉超富集植物 我们国家土壤镉污染严重, 尤其是农田土壤。由于水稻
9、、小麦等农作物对镉有较强的吸收, 并通过食物链进入人体, 危害人体健康, 因而农田镉污染土壤的修复迫在眉睫。当前对镉超富集植物的研究主要集中在草本植物上。林诗悦等实验发现, 龙葵和印度芥菜地上部分镉含量最大分别可达536mg/kg、160mg/kg17。同时该研究发现, 龙葵虽地上部分镉吸收量大于印度芥菜, 但其生物量大, 且生长周期短, 较适宜用来修复镉污染土壤。 1.5砷超富集植物 当前研究最多的砷超富集植物为蜈蚣草, 已有大量研究表示清楚, 蜈蚣草对元素砷有很好的富集效果。陈同斌等从矿区采集砷污染土壤进行盆栽实验发现, 室内栽培时蜈蚣草羽片的含砷量比野外生长条件下 (同一种土壤) 增加1
10、倍多, 其羽片含砷量可高达5070mg/kg18。蜈蚣草不仅对砷有良好的富集效果, 同时该植物生长速度快, 生物量大, 可作为砷污染土壤的有效修复植物。除蜈蚣草外, 大叶井口边草19也是当前研究较多的砷超富集植物。 2 强化措施 在实际应用中, 由于超富集植物种类少, 对重金属元素的累积存在一定选择性, 且具有生长缓慢等局限性, 进而制约了植物修复在重金属污染土壤中的实际应用20, 因而对超富集植物修复污染土壤使用强化措施特别必要。强化措施如下: (1) 使用能源植物、牧草、杂草等植物。这些植物生物量高、生长周期短、能累积不止1种重金属元素, 同时具有经济效益等优点。多年生黑麦草对Cu、Zn、
11、Cd等多种重金属具有一定的耐受性, 且黑麦草生物量大, 生长快, 多根, 能很快适应周围环境, 价格低, 可作为修复Cu、Zn、Cd复合污染的有效植物21-26。徐卫红等发如今锌、镉复合污染的土壤中, 黑麦草地上部分对Zn、Cd的累积量可分别到达3108.72mg/kg、73.97mg/kg22。余游等研究发现, 黑麦草与地瓜套种的条件下, 黑麦草地上部对Cd的富集量为5.64mg/kg27。甜高粱作为1种能源作物, 现有很多研究表示清楚可将高粱作为有效修复重金属污染土壤的植物。 (2) 采用多种修复技术联合修复来增加植物修复效率。Neugschwandtner等28通过盆栽和田间实验研究发现
12、, EDTA提高了玉米对土壤中Pb、Cd的吸收速率。P?ociniczak等29发现, 通过向土壤中添加假单胞菌属可加强芥子类植物对Cn、An、Cd的吸收。 (3) 采用转基因技术。利用转基因技术获得对重金属具有超积累或者具有耐性的植物, 成功的关键在于外源基因在植物体内能否高效表示出。Gisbert等30将小麦的络合素基因转入烟草中, 获得的转基因烟草积累Pb的量是非转基因烟草的2倍。Varva等31发现, 向番茄中导入ACC脱氨基酶, 可使番茄对Cn、Cd的富集效果提高5倍。闫成竹32从白三叶生理学与蛋白质组学的角度, 研究重金属Cd胁迫下白三叶根的抗氧化反响和根部蛋白质组学的变化, 促进
13、富集重金属Cd转基因植物的开发。 植物修复是当前修复重金属污染土壤行之有效的办法, 但在实际工程应用中应与多种强化手段相结合。转基因技术可大大提高植物修复的效率, 但在详细应用中, 需考虑转基因植物对周围环境和人类健康的影响。 以下为参考文献 1环境保卫部, 国土资源部.全国土壤污染状况调查公报J.中国环保产业, 2020 (5) :10-11. 2丁自立, 李书谦, 周旭, 等.植物修复土壤重金属污染机制与应用研究J.湖北农业科学, 2020, 53 (23) :5617-5623. 3冯子龙, 卢信, 张娜, 等.农艺强化措施用于植物修复重金属污染土壤的研究进展J.江苏农业科学, 2021
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