第21卷第7期2001年7月生 态 学 报
ACTAECOLOGICASINICAVol.21,No.7Jul.,2001
重金属超富集植物及植物修复技术研究进展
韦朝阳,陈同斌
(中国科学院地理科学与资源研究所农业生态与环境技术试验站,北京 100101)
基金项目:国家自然科学基金(49941003,40071075)和中国科学院知识创新工程重点方向资助项目(KZCX2-401)收稿日期:2000-06-29;修订日期:2000-12-14作者简介:韦朝阳(1965～),男,安徽铜陵人,副研究员。主要从事污染土壤的植物修复与矿区生态环境整治研究工作。¹来源于美国环保局网站的资料摘要:植物修复技术(Phytoremediation)是近年来发展起来的一种主要用于清除土壤重金属污染的绿色生态技术。重金
属超富集植物(hyperaccumulator)及植物修复技术是当前学术界研究的热点领域,目前虽已有Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn等超富集植物发现的报道,但尚无一例报道来自于中国。中国具有广袤的国土面积、丰富的植物类型和多种(处)古老的矿山开采与冶炼场所,在中国开展超富集植物的寻找、研究与开发工作,将会有重要突破,并具有重要的理论与实
践意义。本文拟就国内外在这一领域的研究进展作一简要综述。关键词:超富集植物;植物修复技术;重金属污染土壤
Hyperaccumulatorsandphytoremediationofheavymetalcontami-
natedsoil:areviewofstudiesinChinaandabroad
WEIChao-Yang,CHENTong-Bin (InstituteofGeographicalSciencesandNaturalResourcesResearch,Chi-neseAcademyofSciences,Beijing100101,China)
Abstract:Ithasbeenestimatedthatmorethan20millionhectaresoffarmlandhavebeencontaminatedin
櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 ｆａｃｔｏｒｉｎＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａａｃｃｅｌｅｒａｔｅｓｍｕｌｔｉｐｌｅａｓｐｅｃｔｓｏｆｐｌａｎｔｍａｔｕｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＴｈｅＰｌａｎｔＪｏｕｒｎａｌ，２０１１，６７（４）：５９５－６０７．［４７］ＫｒｕｓｚｋａＫ，ＰｉｅｃｚｙｎｓｋｉＭ，ＷｉｎｄｅｌｓＤ，ｅｔａｌ．ＲｏｌｅｏｆｍｉｃｒｏＲＮＡｓａｎｄｏｔｈｅｒｓＲＮＡｓｏｆｐｌａｎｔｓｉｎｔｈｅｉｒｃｈａｎｇｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｌａｎｔＰｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，２０１２，１６９（１６）：１６６４－１６７２．［４８］凌 键．黄瓜ＷＲＫＹ基因家族及ｍｉｃｒｏＲＮＡ的鉴定与分析［Ｄ］．北京：中国农业科学院，２０１２．［４９］李超汉．黄瓜嫁接苗ｍｉｃｒｏＲＮＡ鉴定及对非生物胁迫的应答［Ｄ］．北京：中国农业科学院，２０１４．［５０］梁超琼，刘华威，罗来鑫，等．黄瓜中与黄瓜绿斑驳花叶病毒侵染相关的ｍｉＲＮＡ表达特征分析［Ｊ］．植物病理学报，２０１６，４６（１）：５６－６２．［５１］郭清利．基于高通量测序数据的黄瓜ＳｍａｌｌＲＮＡ识别和ＰｈａｓｅＴａｎｋ软件开发［Ｄ］．杨凌：西北农林科技大学，２０１４．［５２］刘 娜，杨景华，张明方．嫁接西瓜ｍｉｃｒｏＲＮＡ的鉴定以及表达差异研究［Ｃ］．中国园艺学会２０１１年学术年会．合肥，２０１１．朱永琪，董天宇，宋江辉，等．生物炭影响土壤重金属生物有效性的研究进展［Ｊ］．江苏农业科学，２０１８，４６（１６）：９－１４．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０１８．１６．００３生物炭影响土壤重金属生物有效性的研究进展朱永琪１，董天宇２，宋江辉２，杨 光２，陈建华２，王海江１（１．石河子大学农学院，新疆省石河子８３２０００；２．新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子８３２０００） 摘要：目前，农田土壤重金属污染治理和修复越来越受国家的重视，生物炭是从生物质中热解得到的一种富含碳的难溶性固态物质。生物炭施入土壤后，与土壤重金属发生吸附、沉淀、络合、离子交换等一系列反应，使土壤重金属钝化。土壤重金属的生物有效性是指土壤重金属在生物体内吸收、积累或产生危害的程度。生物炭可以通过改变土壤的理化性质及微生物群落结构来影响重金属的生物有效性。本文主要综述了生物炭修复土壤重金属污染的研究进展，阐述了不同材料以及不同裂解温度下生物炭对重金属生物有效性的影响，归纳总结了温度以及不同原材料对生物炭吸附行为的影响，探讨了生物炭对土壤重金属生物有效性的影响，并对今后的研究方向进行了展望。 关键词：生物炭；土壤；重金属；生物有效性 中图分类号：Ｓ１５６．２；Ｘ５３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－１３０２（２０１８）１６－０００９－０６
第２８卷第４期 ２００８年１１月 桂林工学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．２８ Ｎｏ．４ ＮＯＶ． ２００８ 文章编号：１００６—５４４Ｘ（２００８）０４—０５４８—０６ 重金属超富集植物根际微生态研究进展 张学洪，杨文婷，魏彩春，陆燕勤 （桂林工学院资源与环境工程系，广西桂林５４１００４） 摘 要：阐述近年来国内外在超富集植物吸收重金属的根际微生态效应这一领域的研究成果，介 绍了根际微生态效应在植物修复中的应用：重金属在根际环境的分布与累积、地球化学赋存形态、 生物有效性以及影响重金属根际行为和生物有效性的主要因素（ｐＨ、根系分泌物、微生物）等。 但植物尤其是重金属超富集植物的根际作用以及根际微生物群落特征，根际土壤环境条件对重金 属的生物有效性制约机理等一系列基础理论问题目前研究仍不够深入，有待进一步加强。 关键词：超富集植物；根际微生态；植物修复；重金属 中图分类号：Ｘ１７３ 文献标志码：Ａ １９０４年，Ｈｉｌｔｎｅｒ提出了植物根际的定义，受 到了人们的广泛重视。根际是土壤中受植物根系 及其生长活动影响的微域环境，具有特殊的物理、 化学和生物性质，影响了重金属在根际环境中的 分布、累积和生物有效性。在深入开展利用植物 修复重金属污染的治理过程及机理研究中，不论 采用哪种方法，植物根际（ｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｅ）活动对于 植物吸收环境中的重金属都具有十分重要的作用。 植物修复机理主要是利用植物对重金属的吸收及 根际较强的吸附、转化、固化作用。近年来对土 壤重金属的植物修复研究日渐增多，其关键之处 是根际环境在土壤污染植物修复中的地位与作用， 新的研究方法与技术、思路与观点不断涌现 。 Ｗｅｎｚｅｌｌ２ 指出根际领域的研究是植物修复技术发 展的关键之一。根际环境特别是重金属胁迫下的 根际环境与原土体存在着显著的差异，而根际环 境中的ｐＨ、Ｅｈ值、根分泌物和根际微生物将直接 影响到重金属的固定和活化状态，从而影响到重 金属在土壤一植物中的迁移转化行为，因此超富 集植物根际在土壤微生态方面有重要作用。本文 阐述近年来国内外在超富集植物吸收重金属的根 际微生态效应这一领域的研究成果，介绍了根际 微生态效应在植物修复中的应用，并指出了存在 问题以及今后的努力方向。 １根的生物量 超富集植物根的生物量与其吸收土壤中的重 金属密切相关，植物根的长度和根毛的数量增加， 从而也增加了超富集植物根系吸收重金属的有效 根表面积。当土壤存在重金属污染时，超富集植 物的根比普通植物的根生长茂盛，如在砷污染土 壤上种植Ｐ．ｖｉｔｔａｔａ ８周后，其根的生物量（干重） 为同为厥类的非超富集植物Ⅳ．ｅｘａｈａｔａ的４倍 Ｊ。 锌超富集植物Ｔｈｌａｓｐｉ ｃａｅｒｕｌｅｓｃｅｎｓ的根具有发达的 根系和稠密的根毛，在不添加锌和添加１ ０００ ｍｅ／ ｋｇ锌的土壤中， ｃａｅｒｕｌｅｓｃｅｎｓ的根主动向土壤中 添加了外源锌的区域伸展，且土壤中含锌部分生 长的根长度、密度和干重显著增加（图１）。在大 田研究中，Ｌｉａｏ 发现Ｐ．ｖｉｔｔａｔａ的根主要分布在０ ～３０ ａｍ的含砷土层内，在一定砷浓度范围内，根 的生物量随土壤砷的浓度增加而增加。与普通植 物相比，超富集植物根系在重金属污染的情况下 可以正常甚至加密生长，其富集重金属的机理已 经成为当前植物逆境生理研究的热点领域。 收稿日期：２００８—０４—１７ 基金项目：广西科学研究与技术开发计划项目（桂科攻０７１９００５—２—２）；广西科学基金项目（桂科青０７２８０９５）；广西“十 百千人才工程”资助项目（２００５２２１） 作者简介：张学洪（１９６３一），男，博士，教授，研究方向：植物修复，Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｘｕｅｈｏｎｇ＠ｘ２６３．ｎｅｔ。
藻类生物质能源的种类及开发利用研究
随着经济的快速发展和人口的不断增长，全球能源消耗量日益增加，传统化石能源的储量日渐减少，能源危机愈演愈烈。因此，寻找替代能源成为挑战，藻类生物质能源逐渐成为开发利用的热点。本文将介绍几种常见的藻类生物质能源及其开发利用研究。
1.微藻生物质能源
微藻是一类单细胞海洋植物，其生长速度快、生物量高、营养成分丰富、日照利用率高，具有很高的生物质能源潜力。利用微藻生产生物燃料、生产高级生物材料、食品等都有着很广泛的应用。
研究表明，微藻可以通过复杂的培养方式获得更高的生物质量和更高的油脂产率。此外，微藻脂肪酸组成单一，可以作为燃料的原料。许多国家和地区正在投入巨资进行微藻利用技术的开发研究。
2.淡水藻生物质能源
与微藻不同，淡水藻一般生长在湖泊、水库等淡水环境中，是一种丰富的水源生态系统。淡水藻具有快速生长和适应性强的特点，是一种重要的生物质能源来源。近年来，随着燃料价格的上涨，藻类生物燃料的研究逐渐走向淡水藻领域。 淡水藻的研究还包括其对废水和含有重金属的水的净化性，淡水藻可以吸收大气中的氮和磷，减轻水体中氮磷的浓度，从而使污染严重的水体得到净化。
3.海藻生物质能源
海藻是生长在海洋环境中的多细胞藻类，是一种重要的海洋资源。海藻生物质具有很广泛的应用前景：可以作为食品、化学原料、生物燃料等多个领域的材料。其中，作为生物燃料的应用前景尤其广泛。
海藻生物质能源的开发研究主要有两个方面：一是海藻生物质能源的加工提取方法，二是海藻生长环境的调控技术。海藻的取样与分离通常采用的是潜水或鱼网等方式，提取方法则根据海藻的特点选择理化方法。
海藻生物质能源的开发利用在很多国家已经有了实际应用。如韩国，船舶燃料已经采用生物柴油和生物液化气，这些都是由海藻提取生物质能源得到的。日本则大量投资海藻生物质能源研究，已有一些海藻生物燃料的生产企业，海藻成为日本生物燃料市场的主要来源之一。
