修复土壤重金属污染的“植物克星”- -少花龙葵
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龙葵对镉污染土壤的响应及其修复效应研究摘要:以矿区不同范围内(对照组、市内、矿区周边农田、矿区边缘、矿区和尾矿)土壤为培养基质盆栽重金属超富集植物龙葵(Solanumnigrum),研究其对镉污染土壤修复效应。
结果发现:不同样地土壤含镉量不同,土壤中镉含量(Cd>20mg/kg)递增对龙葵生长和光合作用产生明显负面影响,如生物量递减、光合效率降低。
其次,龙葵在镉污染土壤的胁迫下,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)含量增加。
此外,土壤中镉含量的增加龙葵中与镉转运有关的基因表达水平也显著增加。
以上结果表明,过量的镉对龙葵的生长发育有负面影响,促进植物体有害物质(过氧化物和MDA)的积累,同时龙葵自身也通过合成相关的酶清除体内有害物质,减轻损害,如通过快速合成相关镉转运蛋白,增强龙葵对土壤中镉的吸收和积累,从而减少土壤中镉的含量。
近十几年来,我国金属矿山开采高速发展,矿山周边土壤受到重金属污染日益严重[1-2]。
造成土壤污染的重金属主要包括A、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Co、Mn、Ni、Cr等,其中镉污染是最常见的重金属污染之一,在土壤中具有较强的化学活性,与其他重金属相比,更易被植物吸收,具有很强的从土壤向植物迁移的能力[3-6]。
土壤中镉含量过多将会使植物受到严重毒害,植物表现为生长缓慢、植株矮小、褪绿等中毒症状,其细胞的膜透性、光合代谢、呼吸代谢、酶代谢、遗传效应等也发生改变,生物量下降[7-9]。
如何消除土壤环境中的重金属污染物已经成为国际性难题。
因此,20世纪80年代初期发展起来的利用植物修复(phytoremediation)技术修复镉污染土壤的研究逐渐成为研究热门,相对于传统的重金属污染土壤治理方法,如换土法、淋洗法、化学氧化法等,植物修复技术具有经济、环保绿色的优势,因而具有极大的潜力[10-12]。
重金属污染土壤的植物修复主要是指利用超富集植物(hyperaccu-mulator)的提取作用将土壤中超量的重金属去除,从而达到清洁污染土壤的目的[13]。
龙葵对镉污染土壤修复探析概要:镉污染与土地资源密切相关,对人体产生直接的不利影响。
利用生物来修复土壤镉污染是近几年一直被推崇的科学消除镉污染的方法。
龙葵通过对自身的调节,不仅能有效吸附受污染土壤中的镉,还能迅速地合成相关的营养蛋白来减少或彻底消除重金属镉的对龙葵自身的伤害。
这类的生物措施能有效避免镉污染的产生,同时对环境带来的副作用最小甚至几乎没有。
龙葵是属于超富集的植物,通过研究龙葵对镉污染土壤中重金属的吸附作用,在一定程度上达到减轻重金属对土壤带来的污染。
利用这类超富集植物来减轻镉污染的思想由来已久,自从这一技术被应用于实际,在消除重金属污染方面发挥了重要的作用,其特点是耗费经费较少,相对于物理和化学方法,对土壤带来的危害更小,还能起到美化自然的作用。
总的来说,是一项可持续发展的利用生物进行的修复技术。
一、我国土壤镉污染现状分析(一)土壤理化性质大量的研究结果表明,土壤的理化性质对生物吸附有害的化学物质会造成一些影响。
并且,从对实验结果的比较来看,土壤的理化性质对于不同的植物的影响程度有着明显的不同,甚至对部分植物的影响存在着正反方面的矛盾影响。
例如,从土壤的酸碱度角度来说,部分科研学家根据实验的结果,认为植物对化学物质和重金属的吸附作用与土壤的酸碱值存在相反的比例关系。
而也有部分科研学家认为,植物中化学物质或重金属的含量与土壤的酸碱值成正相关的比例关系。
但另一方面,单从有机质对植物吸附作用的影响方面来说,有机质的添加数量对植物中化学物质以及重金属含量的影响并未统一得出有效的结论。
由此可见,土壤的理化性质对于植物吸附作用的影响是存在着明显不同的,并且,由于植物自身的生理条件不同,对土壤理化做出的反应也是不同的。
(二)镉污染主要来源在并未受到污染的土壤中,镉元素主要来源于成土的母质,在整个世界范围内,正常情况下,土壤中镉的含量约为每千克土壤中含0.01~200毫克的镉。
大多数土壤中镉的来源主要与两个渠道,一是自然形成,二是人为活动导致的,例如工业废弃物的过度排放,或者引用工厂废水对农田进行灌溉等。
氮肥和钾肥强化龙葵修复镉污染土壤王林;周启星;孙约兵【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2008(028)010【摘要】采用室外盆栽实验,研究了施用氮肥[(NH4)2SO4]和钾肥(KCI)对镉超积累植物龙葵(Solanum nigrum L.)的生长和吸收累积Cd的影响.结果表明,(NH4)2SO4虽不能显著提高龙葵地上部Cd含量,但可显著提高龙葵地上部干重,因而显著提高了龙葵地上部Cd的积景量,最大可提高2.8倍;KCI在高浓度处理时可以显著提高龙葵地上部Cd含量,然而它对地上部干重有抑制作用,最终没能提高龙葵地上部Cd的积累量.施用(NH4)2SO4可显著降低土壤pH值.但对土壤有效态Cd含量无显著影响;施用KCl可使土壤pH值显著提高,同时使土壤有效态Cd含量显著增加.(NH4)2SO4的强化龙葵修复效果较好.【总页数】6页(P915-920)【作者】王林;周启星;孙约兵【作者单位】中国科学院沈阳应用生态研究所,中国科学院陆地生态过程重点实验室,辽宁沈阳,110016;中国科学院研究生院,北京,100049;中国科学院沈阳应用生态研究所,中国科学院陆地生态过程重点实验室,辽宁沈阳,110016;南开大学环境科学与工程学院,环境污染过程与基准教育部重点实验室,天津,300071;中国科学院沈阳应用生态研究所,中国科学院陆地生态过程重点实验室,辽宁沈阳,110016【正文语种】中文【中图分类】X53【相关文献】1.DA-6强化龙葵修复高镉污染土壤的作用 [J], 于彩莲;刘波;徐鑫2.基于龙葵对镉污染土壤的响应及其修复效应分析 [J], 李博骞3.龙葵修复镉污染土壤的研究进展 [J], 曾星;李伟亚;陈章;陈国梁;陈远其;李志贤4.不同氮肥类型及配施壳聚糖对八宝景天修复镉污染土壤的强化效果 [J], 杜萌;李丹丹;杨军;杨俊兴;郭俊娒;陈同斌5.化控措施强化龙葵修复高镉污染土壤的能力研究 [J], 于彩莲;刘波;杨莹;秦迎春因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
螯合剂对龙葵修复成都平原Cd污染土壤的影响黎诗宏;梁斌;李忠惠【期刊名称】《农业环境科学学报》【年(卷),期】2016(35)10【摘要】在成都平原绵竹地区选取两种污染程度和酸碱性程度不同的土壤,采用盆栽试验研究了两种螯合剂(柠檬酸和EDTA)对龙葵(Solanum nigrum L.)修复Cd污染土壤和改变土壤pH的影响。
结果表明:随着柠檬酸浓度的增加,Cd含量为1.29 mg·kg-1的高污染土壤(MZT-01)上的植株的生物量均有下降趋势;Cd含量为0.89 mg·kg-1的低污染土壤(MZT-02)上的植株的生物量则有明显的上升趋势,并在5 mmol·kg-1时达到最大。
在柠檬酸为5 mmol·kg-1时,龙葵在两种土壤中Cd胁迫下的含量、吸收总量和富集系数均达到最大,植物修复效果最好;浓度为1 mmol·kg-1的EDTA对龙葵产生了毒害作用,吸收效果低于对照组。
螯合剂对中性土壤pH影响较大,pH值从6.35降到5.57,而对酸性土壤基本没有影响。
【总页数】6页(P1917-1922)【作者】黎诗宏;梁斌;李忠惠【作者单位】西南科技大学环境与资源学院地质工程系,四川绵阳 621010; 四川省地质调查院,成都 610081;西南科技大学环境与资源学院地质工程系,四川绵阳 621010; 四川省地质调查院,成都 610081;四川省地质调查院,成都 610081【正文语种】中文【中图分类】X53【相关文献】1.螯合剂与表面活性剂强化龙葵修复Cd污染土壤研究 [J], 石旻飞2.螯合剂对桑苗修复Cd、Pb复合污染土壤的影响 [J], 蒋诗梦;黄仁志;蒋勇兵;贾超华;秦志雄3.螯合剂强化植物修复重金属Pb、Cd复合污染土壤的研究 [J], 王娜;卢楠4.土壤有机质和螯合剂对龙葵富集重金属Cd的影响 [J], 王坤;宁国辉;谢建治;王文星;梁玉红5.不同螯合剂对两类Cd和Ni污染土壤的淋洗修复对比 [J], 高一丹;袁旭音;汪宜敏;熊钰婷;章海燕因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
修复土壤重金属污染的“植物克星”- -少花龙葵植物修复技术是目前重金属污染治理最有效的方法之一,而该技术成功的关键在于寻找超富集植物。
日前,中国科学院华南植物园土壤生态与生态工程研究组博士研究生张杏锋在导师夏汉平研究员的指导下,首次提出了用土壤种子库——重金属浓度梯度法来筛选重金属超富集植物,并成功找到一种镉的超富集植物——少花龙葵。
植物修复土壤好在哪儿?由于土壤重金属污染存在污染范围广、持续时间长、污染隐蔽、不可逆性等特点,使得它的治理工作变得十分困难。
夏汉平研究员说:“目前国内外相关领域的科学家都在对重金属污染土壤的修复技术进行研究。
在治理过程中,物理方法费时费工,化学方法又容易造成二次污染。
与传统的治理方法相比,植物修复技术具有治理效果的永久性、治理过程的原位性、治理成本的低廉性、环境美学的兼容性等优点,因此使其成为重金属污染治理的研究热点。
”“植物修复技术就是把对重金属有巨大提取潜力的植物种植于重金属污染土地上,一段时间后收获植物地上部分以达到清除土壤中重金属污染的目的。
此外,也有一些植物可使土壤重金属固化,同样可起到减轻重金属毒害的作用”。
提及植物修复技术的原理,夏汉平表示:“植物修复技术按其修复的机理和过程可分为不同的部分,其中与重金属污染土壤植物修复有关的内容主要包括植物萃取、植物固定、植物挥发以及根系过滤等。
”植物修复技术是否还存在一些自身的不足?夏汉平研究员笑了一下说:“当然,这个世界上完美的东西太少了。
不少超富集植物个体矮小,生长缓慢,修复重金属污染土地需时太长;此外,植物修复土壤只能局限在植物根系所能延伸的范围内;还有,超富集植物对重金属具有一定的选择性,一般只对一种重金属具有富集能力,而土壤重金属污染多为几种重金属复合污染,且常常伴生有机污染等等。
不过这些问题都有可能在接下来的进一步研究中得到解决。
”植物修复土壤的关键在哪儿?研究人员指出,植物修复技术成功的关键在于寻找超富集植物。
五种具有土壤修复功能的植物科学研究发现,重金属和矿物油是对土壤造成污染呢伤害的最重要两个物质,如果我们不进行土地的保护,我们人类自古以来赖以生存的土地有可能会变成废土,将不再适合人类居住,也不能提供我们人类生存所需的物质。
科学家们一直在寻找一些能修复土壤的植物,现在已经有了一些可喜的成绩。
下面是5中可以修复土壤的植物介绍。
1.印度芥菜正如国际期刊《分子科学》发表的一样,重金属不仅影响工业区,还会污染土地,影响人们的身体健康。
十字花科物种对聚集特定的金属很有效,同时过程中还会产生大量的生物质,而印度芥菜居于首位。
它比其他物种能移除3倍多的镉,减少28{bf}的铅,硒的减少量高达48{bf},而且在对抗锌、汞和铜上也很有效。
但我们不知道的是在80年代,人们利用印度芥菜从切尔诺贝利中移除了反射性的Cs137(用于乌克兰切尔诺贝利放射铯污染土壤的植物修复)。
2.柳树喜水植物美化景观,但不应该只局限于它们的外表。
它们同样具有植物修复的功能:它们的根部功能强大,比印度芥菜聚集重金属的水平较低,而且也能处理镉、镍和硒,在像柴油污染区域这样的重金属里存活。
你可能会记得阿姆斯特丹的Westergasfabriek花园,通过水池和水植物园展示了柳树的休闲性和修复特性。
3.杨树杨树对土壤和地下水的有利影响获得了广泛地研究。
它们的秘密在于根部系统,能占有大量的水。
根据国家环境健康科学机构的研究,氯化溶剂如三氯乙烯或是致癌的四氯化碳都是有机污染物,但杂交杨树能很好地应对。
更重要的是,加拿大生物修复方法数据库——PhytoPet(水生和陆生生态系统的生物修复功能)标记杨树能降解石油烃,如苯、甲苯和邻二甲苯。
4.印度草在研究中看到了美国中西部本土植物怎样使其周围的土壤和地下水受益的情况。
许多人能够发现印度草一直沿着路边生长,忽视了其降解普通农化学品残余物的能力,如杀虫剂和除草剂。
印度草是PhytoPet划分的9个禾本家庭成员之一,用来修复石油烃。
几种植物对土壤重金属的吸收及后续处理资源化的研究咱们平常看到的植物,除了给人们带来美丽的景色,还藏着一个让人惊叹的秘密,那就是——它们居然能吸收土壤中的重金属。
是的,你没听错,土壤中那些有毒的重金属,像铅、镉、汞,它们就像是个“不速之客”,一旦进入土壤,土壤质量就会急速下降,植物也不长得好。
而这些植物,竟然可以像“吸尘器”一样,把这些重金属吸进体内,有的还能把这些有害物质“锁”起来,甚至清除掉。
这是多么神奇的现象啊!别看这些植物不显山不露水,它们可是背地里搞着大事情,做着不为人知的“环保工作”。
你知道吗?其实很多植物都有能力吸收土壤中的重金属,尤其是一些野生植物,它们的“胃口”特别大。
比如说,向日葵。
你听到“向日葵”,是不是想到的就是那片片金黄的花海?可你知道吗,它不只是能为人们带来美丽的风景,它还有一个不为人知的“能力”——吸收土壤中的铅、镉等有害物质。
你可以想象一下,一片田地上,种满了向日葵,它们不仅能吸引阳光,还能悄悄地为土地“扫除”那些有害的金属物质。
这种“自然清理工”的角色,简直太酷了吧!再说说其它的植物,比如水葫芦,它可是个名副其实的“水域清道夫”。
水葫芦不仅能吸收水中的营养,还能在不经意间清理掉水中的污染物,尤其是重金属。
你可能会想,这种植物看起来不是特别显眼,但它们却是处理水污染的“小能手”。
你说它厉不厉害?要是把它们用来治理一些重金属污染的水域,那真的是能起到事半功倍的效果。
想象一下,水面上漂浮着一片片水葫芦,它们每天都在默默吸收那些水中的铅、铜、锌啥的,清洁水质的同时,自己也“吃”了这些有毒物质,真是“辛勤劳动”的典范!更有意思的是,一些植物在吸收这些重金属后,并不会简单地把它们“吞下去”,它们还能通过某种方式“储存”这些有害物质,好像是把它们“锁进了一个金库”,既不让这些有害物质继续污染环境,也不让它们释放到空气中。
你听着就觉得神奇对不对?这些植物就像是把重金属“关进小黑屋”,不让它们出来作怪。
修复土壤重金属污染的“植物克星”- -少花龙葵植物修复技术是目前重金属污染治理最有效的方法之一,而该技术成功的关键在于寻找超富集植物。
日前,中国科学院华南植物园土壤生态与生态工程研究组博士研究生张杏锋在导师夏汉平研究员的指导下,首次提出了用土壤种子库——重金属浓度梯度法来筛选重金属超富集植物,并成功找到一种镉的超富集植物——少花龙葵。
植物修复土壤好在哪儿?
由于土壤重金属污染存在污染范围广、持续时间长、污染隐蔽、不可逆性等特点,使得它的治理工作变得十分困难。
夏汉平研究员说:“目前国内外相关领域的科学家都在对重金属污染土壤的修复技术进行研究。
在治理过程中,物理方法费时费工,化学方法又容易造成二次污染。
与传统的治理方法相比,植物修复技术具有治理效果的永久性、治理过程的原位性、治理成本的低廉性、环境美学的兼容性等优点,因此使其成为重金属污染治理的研究热点。
”
“植物修复技术就是把对重金属有巨大提取潜力的植物种植于重金属污染土地上,一段时间后收获植物地上部分以达到清除土壤中重金属污染的目的。
此外,也有一些植物可使土壤重金属固化,同样可起到减轻重金属毒害的作用”。
提及植物修复技术的原理,夏汉平表示:“植物修复技术按其修复的机理和过程可分为不同的部分,其中与重金属污染土壤植物修复有关的内容主要包括植物萃取、植物固定、植物挥发以及根系过滤等。
”
植物修复技术是否还存在一些自身的不足?夏汉平研究员笑了
一下说:“当然,这个世界上完美的东西太少了。
不少超富集植物个体矮小,生长缓慢,修复重金属污染土地需时太长;此外,植物修复土壤只能局限在植物根系所能延伸的范围内;还有,超富集植物对重金属具有一定的选择性,一般只对一种重金属具有富集能力,而土壤重金属污染多为几种重金属复合污染,且常常伴生有机污染等等。
不过这些问题都有可能在接下来的进一步研究中得到解决。
”
植物修复土壤的关键在哪儿?
研究人员指出,植物修复技术成功的关键在于寻找超富集植物。
因此,筛选对重金属耐受能力高以及具有富集和超富集能力的植物成为目前重金属污染土壤的重要修复途径之一。
“超富集植物是指可以超量累积某些化学元素的植物。
一般而言,这些植物的地上部组织对该化学元素的吸收量,可超过普通植物的100倍以上,且不影响正常生命活动”。
夏汉平研究员解释道,“不过,目前全世界所发现的400多种重金属超富集植物中,有相当一部分种类生物量较少或者专一性较强,还有就是较难繁殖,因而难以真正大面积推广应用。
因此,选择高生物量、适应性强、富集能力强、易栽培的超富集植物或吸收相对较大的植物种类,是目前和今后一段时间研究的重点所在。
”
重金属镉的“植物克星”——少花龙葵是怎么发现的?
少花龙葵是中国科学院华南植物园的博士研究生张杏锋在夏汉平研究员指导下发现的一种镉的超富集植物。
谈及自己的爱徒,夏汉平笑说:“张杏锋自己都说,这一研究发现实属偶然,她在华南植物
园采集土壤用于一项牧草的重金属修复研究时,突发奇想,或许可以用土壤种子库来筛选对重金属具有超富集特性的植物,然后通过重金属浓度梯度实验对其超富集特性进行验证。
当时她很兴奋地跑来告诉我这一想法,我也觉得这种方法可行,于是接下来,我们就开始进行了一系列的实验。
”
在夏汉平研究员看来,采用土壤种子库—重金属浓度梯度法来筛选重金属超富集植物与以往的常用方法相比,有一定的优越性。
“据了解,目前国内外用于寻找超富集植物的方法主要有两种,一是野外调查法,即在重金属污染的地方做野外调查,比如在矿山、工业污染区地带寻找超富集植物;二是特殊植物法,即根据植物的一些特性选择一些特殊的植物来测定它们对重金属的富集特性。
但这两种方法都有一个较明显的缺点,就是植物种类相对有限。
这使得人们在研究中忽视了一些有修复潜力的植物。
与之相对,土壤种子库是植物繁殖体的储备库,它的植物种类非常丰富。
利用它来筛选超富集植物,可以克服以上两种方法的缺点,因为土壤种子库几乎到处都有,只需采集具有丰富种子资源的土壤进行测试即可,而且实验更简单、操作更容易。
”
少花龙葵修复土壤还要做点儿啥?
目前植物修复技术不少还停留于实验室模拟研究阶段,从实验室走向实际运用,这中间还有不少的路程需要行走。
夏汉平说:“由于少花龙葵能耐高镉污染并能富集大量的镉,而且种源较易获得,繁殖培育也较容易,生物量相对较大,所以比较适合修
复高镉污染地区,如工矿企业园及周边地区。
但目前还不宜进行大规模推广应用,因为科研成果到推广应用一般都需经过中试过程。
因此,少花龙葵也还需要到野外进行中试,若能成功,就能证明该植物可运用到解决目前备受镉污染的土壤修复中来。
”。