時間：2011-07-08來源：
摘要:綜述了國內外植物修復的研究進展,闡述了植物修復主要類型及機理。給出多種主要植物的修復特性。分別對重金屬,無機營養元素N、P 以及有機污染物的植物修復進行論述,認為鳳眼蓮、水花生和蘆葦等水生植物對無機營養元素的修復具有綜合功效,植物修復對殘余農藥、多環芳烴和硝基芳香化合物的治理效果顯著。
關鍵詞:水生植物植物修復水環境污染控制綜述
生物修復作為新興技術,具有經濟效益高、應用前景廣泛的特點,已經在全球得到迅速的發展和應用。污染水體的植物修復以獨特的優勢,成為生物修復機理研究的新興領域,并且成為當前國內外研究的新熱點。
1 植物修復的類型與種類
1. 1 植物修復的概念
植物修復(phytoremediation) ,指以植物忍耐和超量積累某種或某些化學元素的理論為基礎,利用植物及共存微生物體系清除環境中污染物的一門環境污染治理技術[1] 。
將植物修復技術應用于水環境,提出水生植物修復技術(hydrophyte remediation) ,亦即以水生植物忍耐和富集某種或某些有機、無機污染物為理論基礎,利用水生植物或其與微生物的共生關系,清除水環境中污染物的一種環境生物技術。
1. 2 植物修復的主要類型
植物修復是利用植物在環境中萃取和濃縮某種元素從而去除污染物,或使污染物降解為無毒害的過程一項綠色技術。植物的修復一般包括萃取[2] 、固定、過濾、揮發等過程,對不同類型的植物和污染物有不同的修復類型,如表1 所示。
表1 植物修復主要類型及機理
1. 3 植物修復的植物種類
水生植物是水環境植物修復的核心組成部分,修復結果依賴于修復植物本身的生物學性質。因此,植物篩選也是植物修復研究領域的重要內容之一。表2 顯示在水環境植物修復領域涉及的部分植物種類。
表2 水環境植物修復領域涉及的部分植物種類[3]
2 植物修復在水環境中的應用
2. 1 對重金屬的植物修復
為達到“種植物,收金屬”的理想境界,人們對重金屬超富集植物的研究產生濃厚的興趣。植物修復是利用植物特性對水環境中污染物進行降解的生物過程,因此,對重金屬的植物修復是很有前途的綠色生物技術。
目前對有關超富集植物已經有一定的研究基礎,人們試圖開發“超富集植物傾向”的傳統植物。通過育種或轉基因技術把超富集性狀轉移到生長速度快、適應環境強的植物。從遏藍菜屬的Zn、Cd 超富集植物淺蘭遏蘭菜克隆到Zn (Cd) 轉移蛋白ZNT1、ZNT2、ZNT4、ZNT5、ZTP1、ZNT1LC 基因, Fe 轉移蛋白IRT1G基因[4] 。迄今為止,育種或轉基因技術應用于植物修復的研究剛剛起步,成果還遠未能達到商業化水平。
2. 2 對無機營養元素N、P 的植物修復
由于水環境惡化,富營養化問題嚴重,導致水生植物群落衰退,生物多樣性降低,使水環境系統遭到破壞。水生植物是水環境中關鍵的生態群落,因此對解決富營養化問題具有重要意義。中國科學院水生生物研究所在湖北黃石完成的污水凈化和污水資源化雙重功能的新型穩定塘設計實驗證明,水生植物修復具有明顯去除N、P 的效果[5] 。表3 為富營養化水體植物修復的部分植物種類及綜合功效分析[6] 。
表3 植物修復富營養化水體的綜合功效分析 %
2. 3 對有機污染物的植物修復
隨著新興工農業的發展和生活水平的不斷提高,環境中有機物種類增多,傳統的微生物修復已經不能達到預期效果,植物修復以其獨特優勢,已經提到研究日程上來,甚至已經達到野外應用的水平。
a. 對殘余農藥的植物修復。雖然許多國家已經停止使用有機農藥,但其對水環境的影響依然存在,仍可以檢測到農藥的殘留,對人類生存環境存在潛在的危害。典型的殺蟲劑DDT 及其代謝物都是持久性污染物,在無菌條件下,水生植物鸚鵡毛、浮萍、伊樂藻,6d 內可以富集全部水環境中的DDT ,并能將1 %～13 %的DDT降解為DDD 和DDE[7] 。
b. 對多環芳烴的植物修復。多環芳烴是指兩個以上苯環以稠環形式相連的化合物,是一類廣泛存在于環境中具有致癌、致畸、致突變性的持久性有機污染物[8] 。在實驗室研究的基礎上,發達國家基本達到野外應用水平。Denys 等[9]在法國北部的前煉焦廠污染土壤上種植多種不同類型植物,36 個月后多環芳烴質量濃度最多減少了26 % ,證明混合種植的草本植物最適于進行植物修復[9] 。植物修復多環芳烴是一種可行的、低價的原位修復技術。
c. 對硝基芳香化合物的植物修復。硝基苯為無色或淡黃色油狀液體,具有苦杏仁味,蒸汽及液體本身有毒,具有致突變、致癌性。水環境中的硝基芳香化合物污染主要來自于炸藥工業。根據報道:在美國國防部確定的1 000 多個炸藥污染區域中,有95 %以上為TNT 污染,且87 %超過允許的地下水污染標準[10] 。TNT 的植物修復卻是一項耗能很低或不需要耗能,綠色安全,對人類和水環境無副作用,不會造成二次污染的最好治理方法。
3 植物修復的發展趨勢及應用前景
植物修復在水環境污染控制與修復中具有重要的作用,應用前景十分顯著[11] 。應重點在以下幾個方面進行研究和應用:
a. 加強植物修復機理的研究,尤其對植物根系微生物共存體系的研究。
b. 加強超積累植物的篩選和栽培。尋找更多指示污染物有效性的野生或栽培植物,采用轉基因工程技術改造植物,以獲得具有強大富集能力的理想超積累植物。
c. 加強輔助措施優化植物修復過程。將園藝學、土壤學和植物生理學與分子生物學等結合起來,研究元素在植物修復的途徑。
d. 加強多種修復技術聯合應用的研究。植物修復應與物理修復、化學修復、微生物修復等其他修復技術相結合。
4 結 語
a. 浮萍、杠板歸和水浮蓮等水生植物去除水環境中的重金屬元素是綠色生物過程。
b. 鳳眼蓮、水花生和蘆葦等水生植物對無機營養元素的修復具有綜合功效。
c. 植物修復對殘余農藥、多環芳烴和硝基芳香化合物的治理效果顯著。
參考文獻:
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作者簡介:張冬冬(1984 —) ,男,山東濱州人,碩士研究生,研究方向為水文學及水資源。
