植物重金属超富集机理研究进展

上海农业科技　２０１ｌ一５　土壤重金属污染物来源及植物修复技术研究进展　张峻（上海市闵行区蔬菜技术服务中心２０１１００）　付蓉蓉（上海交通大学农业与生物学院）　摘　要：随着全球经济的快速发展，含重金属的污染物通过各种途径进人土壤，造成土壤中重金属元素富　集，严重影响到整个人类生存环境的质量。植物修复技术作为一种新兴的绿色、生态、高效的修复技术，在土　壤重金属污染修复中具有良好的发展前景。为给土壤重金属污染治理提供科学依据，在讨论土壤重金属污染物　来源的基础上，论述了植物修复技术的研究进展，以供参考。　关键词：土壤重金属污染物；来源；植物修复技术　土壤是环境的重要组成部分，承担着环境中大约９０％的　污染物…，是农业生产的重要资源。土壤重金属污染是通过　人类活动使重金属进入到土壤中，致使土壤中重金属明显高　于土壤原始含量，并造成生态环境质量恶化的现象　Ｉ。重金　属在土壤中一般不易随水淋滤，不能被土壤微生物分解，相　反，重金属可在土壤环境中富集，甚至某些重金属会转化为　毒性更大的甲基化合物。由于土壤重金属污染的隐蔽性，使　人们不易觉察或注意，但一旦其毒害作用表现出来就难以消　除。随着全球经济的快速发展，含重金属的污染物通过各种　途径进入土壤，造成土壤中重金属元素的富集，这不但影响　农产品产量与品质，而且影响大气和水环境质量，并可通过　食物链危害动物和人类的健康和生命。为控制和治理已被重　金属污染的土壤，利用植物修复技术，将某种特定的植物种　植在重金属污染的土壤上，通过该种植物对土壤中特定重金　属元素的吸收富集，而后将植物收获并进行妥善处理（如灰　化回收），从而将重金属移出土壤，达到治理污染与恢复生态　的目的ｌ３Ｉ。本文在讨论土壤重金属污染物来源的基础上，论　述了植物修复技术的研究进展，以期为土壤重金属污染治理　提供科学依据。　１　土壤重金属污染物的来源　１．１工业污染　随着经济的发展，人们对工业的开发利用越来越重视，　但在一些经济欠发达地区，人们的环保意识较弱，加上我国　目前的科技发展水平低和经济实力差，导致大部分工业废弃　物未经处理，直接排放进自然环境中。如：工矿企业排放的　烟尘、废气中含有重金属，最终通过自然沉降和雨淋沉降进　入土壤；固体废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、　水洗等，重金属以辐射状、漏斗状向周围土壤扩散，固体废　弃物也可以通过风的传播而使污染范围扩大。据统计，中国　因工业三废污染的农田近７００万ｈｍ：。有报道称　１，南京某合　金厂周围土壤中的Ｃｒ含量大大超过土壤背景值，Ｃｒ污染范　围以工厂烟囱为中心，达ｌ１５　ｋｍ　。　１．２农业污染　为追求高产、稳产，在农业生产中使用了大量的农药、化　收稿日期：２０ｌ０一¨一２９　肥等。含镉、汞的磷肥，含有汞、砷，铜、锌等重金属的农　药，以及利用未经处理的污染水灌溉农田，都会导致土壤的　重金属污染，且对农作物的产量及品质造成极大的不良影　响。同时加上地膜的大面积使用，也使Ｃｄ、Ｐｂ等进入土壤，　加重了土壤的重金属污染程度。此外，畜禽养殖也是导致土　壤重金属污染的重要方面，由于在使用的配方饲料中会添加　适当比例的重金属元素Ｉ５　Ｆ，过量的重金属元素通过动物排泄　进入土壤或水域，或通过有机肥的形式施入农田。　１．３交通运输　道路两侧土壤中的重金属污染物主要来自汽车尾气排　放、汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体、粉尘的　沉降，污染元素主要为Ｐｂ、Ｃｕ、Ｚｎ等ｌ６Ｉ。汽车尾气排放的　主要污染物有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、铅等，这　些物质随风飘落，进入土壤，形成污染。它们一般以道路为　中心呈条带状分布，污染强度因距离公路、铁路，城市以及　交通量的大小有明显的差异。　２植物修复技术　植物修复是指将某种特定的植物种植在受重金属污染的　土壤上，利用植物及其根系微生物对污染土壤、沉积物、地　下水和地表水中的重金属进行清除的一种有效的生物技术。　由于这种植物对土壤中特定重金属元素具有特殊吸收富集能　力，种植一段时间后，将其收获后并妥善处理（如灰化回收）　后即可将这种重金属移出土体，从而达到污染治理与生态修　复的目的！’，　。　２．１超积累植物及其吸附重金属机理　超积累植物是植物修复技术的基础，其发现带动了植物　修复技术研究的发展。１９７７年Ｂｒｏｏｋｓ等　ｉ首先提出超积累植　物概念，当时定义为地上部分Ｎｉ含量＞１　０００　ｇ／ｇ（干重）　的植物，后来，随着其他重金属超积累植物的陆续发现，一　些学者对此定义作了修改。通常，超富集植物的界定可考虑　以下因素：（１）超积累植物的生物富集系数（植物地上部分重　金属含量与土壤重金属含量的比值）＞ｌ；（２）植物地上部　分重金属含量与根中重金属含量的比值＞ｌ，这表明植物能　有效地把重金属从根转运到地上部分；（３）超积累植物对重　金属具有耐性能力，能解除重金属对植物造成的毒性ｌ１０】。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　一

重金属的植物修复

摘要

本文综述了重金属植物修复的基本机理、 目前的进展和展望。 目前植物修复重金属主要 包括了植物提取、植物挥发、植物固化和根系过滤等几种技术，通过在植物体吸收转化、与 植物体内物质络合和转化为挥发性物质进入大气等机理减轻重金属的污染程度。 重金属种类 及其形态、温度、 pH

和根系微生物等因素都会影响植物修复的效率。植物修复与传统的修 复技术相比，具有很大的优越性，但同时也有其局限性。

关键词： 重金属污染，植物修复，超积累植物

引言

随着工业的发展， 土壤和水域的重金属污染已成为全球一个严峻的问题。 据统计， 我国 约有3万多hm2土地受汞的污染，有1万多hm2土地受镉的污染，每年仅生产“镉米”就达 5万

t以上，而每年因污染而损失的粮食约 1200万t⑴。重金属污染具有稳定性高、不可逆和后果

严重等特点至今没有找到理想的治理方法， 而传统的工程、 物理和化学等手段因耗资大、 易 产生二次污染等原因限制了其在修复重金属上的应用， 因此需要探索在不破坏生态环境的情 况下治理重金属污染的新途径 1 2。

植物修复 (Phytoremediation )是利用绿色植物来转移、容纳或转化土壤或水体中的污染 物使其对环境无害 3。植物修复的对象是重金属、有机物或放射性元素污染的土壤及水体。 植物修复是一种很有潜力、正在发展的清除环境污染的绿色技术 ,也是一门正在崛起并涉及

土壤学、植物学、分子生物学、基因工程学、环境工程等多门学科的新兴边缘学科。它具有 成本低、不破坏土壤和河流生态环境、不引起二次污染等优点。自 20 世纪 90 年代以来 ,植

物修复成为环境污染治理研究领域的一个前沿性课题 4。

植物固化指的是利用植物根际的一些特殊物质使土壤中污染物转化为相对无害物质的 一种方法，从而减少其对环境和人类健康的风险。在这过程中土壤重金属的含量并不减少， 只是暂时将其固定，其中包括分解、螯合、氧化还原等多种过程。 Salt D. E.等人在1995通过

砷超富集植物蜈蚣草及其对砷的富集特征(1)

篇一:全世界已发现的重金属超富集植物有5_多种

全世界已发现的重金属超富集植物有5_多种,其中360多种是Ni的超富集植物.

韦朝阳,陈同斌等[_]通过野外调查和栽培实验,发现了砷超富集植物蜈蚣草.其叶片含As可达5_0 mg/kg,在含砷9 mg/kg的正常土壤中,蜈蚣草地下部和地上部对砷的生物富集系数分别高达71和

80.韦朝阳等[_]发现了另一种As的超富集植物大叶井口边草,其地上部分平均含As量为4_ mg/kg,最大含As量可达694 mg/kg,生物富集系数为1.3～4.8.

杨肖娥.龙新宪等[_]发现了一种新的Zn的超富集植物东南景天,天然条件下东南景天的地上部分Zn平均含量为45_ mg/kg.营养液培养试验表明,其地上部分含量最高值可达_674 mg/kg.

李华和姜理英[_]等研究了耐性植物海洲香薷对Cu的吸收和积累,指出虽然地上部分Cu积累水平未达到超富集植物的要求,但由于其生物量大,根系能超富集Cu,植株Cu总积累较高,可考虑将其用于Cu污染土壤的植物修复.李红艳等[_]报道菊科植物艾蒿和滨蒿对Cu也表现出高的富集能力,其中艾蒿地上部分的Cu含量为91-698 mg/kg,滨蒿为42～259 mg/kg.范稚莲,莫良玉[_]在对典型矿区进行调查后发现,生长在锰矿区的狗牙根,香附子和菜蕨中Mn的含量分别达到275_,__4和_5_ mg/kg,相应的富集系数为_.4,6.7和4.8.这3种植物均达到Mn超富集植物的相关标准,是潜在的Mn超富集植物.

柯文山等在温室砂培盆栽条件下对十字花科芸薹属5种植物芥菜,芥兰,鲁白,竹芥,甘蓝进行铅吸收和耐性的研究,认为鲁白,芥菜不仅生长快,生物量高,且其地上铅的含量超过1_0 mg/kg,迁移总量和迁移率都很高,是很好的潜在修复铅污染的材料.近期对Pb富集植物品种的筛选的研究还有,聂俊华等对生长于铅锌尾矿区的36种植物进行了筛选,以叶片叶绿素含量,株高,植株含Pb量为Pb富集植物的筛选指标进行实验筛选.筛选出6个富集Pb的植物品种,分别是香根草.绿叶苋菜,裂叶荆芥,羽叶鬼针草,紫穗槐和苍耳.吴双桃等人首次报道了土荆芥是一种铅超富集植物,其茎叶Pb质量分数高达3888 mg/kg.杨远祥在四川汉源县普陀山铅锌矿区筛选 到了铅和锌的超富集之物小鳞苔草,其地上部分锌最大积累量91.85 mg/kg,铅最大积累量1_3.23 mg/kg;铅,锌转运系数分别为1.961和0.996.铅,锌胁迫处理发现,小鳞苔草根部和地上部分对铅含量最高分别可达_95.96 mg/kg和_34._

·255··教学发展纵横·

一、实验材料与方法本实验的主要内容是测定土壤及蓠蒿中铬的含量并进行数据分析。本标准采用“酸消解溶样—原子吸收分光光度法测定”的技术路线，其中土壤样品采用HF-HClO4-HNO3 消化法消煮，植物样品蓠蒿HNO3-HClO4消煮法消煮 。土壤采样蓠蒿样品采集：标准样品来源于江西省永修县吴城镇3个不同时期赣江与饶河交汇处的中湖池样点的蓠蒿，根据不同地理位置以及生物群落的不同确定样方布点采集植物样品，采用系统随机抽样和典型抽样的方法。主要试剂：1HClO4-HNO3，2mol/L盐酸，铬（Cr）标准贮备液，蓠蒿样品。样品的制备：样品采集后送实验室，通常沾有泥土或农药等，样品需要洗涤，洗涤方法一般是先用蒸馏水冲洗，然后尽快用吸水纸擦干。样品洗涤过程：自来水洗涤→蒸馏水洗涤→重蒸馏水洗涤，时间不能过长，一般不超过2min。擦干后的样品先在80℃～90℃烘箱中烘15 min～30 min，然后降温至65℃逐尽水分，通常时间为12h～24h。对干燥的样品进行粉碎、过筛。用磨样机粉碎后，放入玛瑙研钵进行研磨，然后过尼龙筛，处理好的样品保存于磨口的广口瓶中并贴好标签。样品的消煮：称取烘干磨细（0.5mm）植物样品0.500g于150ml三角瓶中，加浓硝酸25ml，置过夜。盖上小漏斗，在电热板上低温加热30min，冷却。加高氯酸5ml，小火加热，使瓶内白烟慢慢消失，待溶液呈无色透明商有2ml时终止。冷却后用热水洗入50ml容量瓶中，用水定容，过滤待测。1.原子吸收法测定铬含量的原理。原子吸收分光光度法测定的基本原理：原子吸收分光光度法是将含有少量金属元素的溶液，化为雾状引入火焰中，在高温下试样溶液蒸发，待测元素被分解成自由态原子，这样的自由态金属原子大部分处于基态。当空心阴极灯发出的被测元素的特征谱线(Io)通过火焰时，分散在火焰中的原子，吸收部分特征光，使特征辐射光的强度离开火焰的强度减弱至I，吸光度的大小A则与火焰中被测元素的浓度成正比，即： A=lgIo/I=KCLA，吸光度；Io，特征辐射的入射光强；I，特征辐射的出射光强；K，吸收系数；L，特征辐射穿过火焰的路程；C，特征元素浓度。因此，吸光度A与样品中的该元素的浓度C成正比，测量标准溶液及未知溶液的吸光度，已知标准溶液浓度，可作标准曲线，求的未知液中待测元素浓度。方法选择依据：原子吸收分光光度法具有灵敏度高，选择性好，操作简便，快速的特点，是测定土壤重金属的主要方法之一，根据含量的高低可分别采用火焰法和无火焰法来进行测定。2. 测量（1）操作方法按照原子分光光度计说明书进行。（2）绘制标准曲线。（3）计算结果：w（Cr）=ρ× 0.1×1000×A%w（Cr）：植物铬的含量 mg/kg；ρ：测得的铬的浓度（mg/L）；0.1×1000：实验中样品是0.5g，最后定容是50ml。相当于0.1×1000L水中有1kg样品，实际上是个单位转换的系数。 A%：所用药品中铬的摩尔质量分数。二、结果与分析蓠蒿各部位的铬富集系数单位：mg/kg富集系数土壤表层平均铬含量271.3563根中平均铬含量102.533737.79%茎中平均铬含量104.51438.52%叶中平均铬含量109.79240.48%上表表明，蓠蒿各部位的富集强度是：根