重金属铅超富集植物的研究进展毛海立,王 震,龙成梅,邹洪涛,钟才宁(黔南民族师范学院化学与化工系,贵州都匀 558000)摘 要:利用超富集植物修复重金属污染土壤是一种可靠经济安全的技术,对我国在铅超富集植物修复方面的研究进展进行分析和总结,指出目前研究中存在的问题和今后研究的方向。
关键词:铅;超富集植物;植物修复中图分类号:X171 文献标识码:A 文章编号:1674-2389(2011)03-0050-05A d v a n c e i n R e s e a r c h o f P b H y p e r a c c u m u l a t o r sM A OH a i l i,W A N GZ h e n,L O N GC h e n g m e i,Z O UH o n g t a o,Z H O N GC a i n i n g(D e p t.,o f C h e m i s t r y a n d C h e m i c a l E n g i n e e r i n g,Q i a n N a n N o r m a l C o l l e g e f o r N a t i o n a l i t i e s,D u y u n558000,C h i n a)A b s t r a c t:T e c h n i c a l u s e o f h y p e r a c c u m u l a t o r s t o r e s t o r e t h e c o n t a m i n a t e dm i n e s o i l i s f e a s i b l e a n dr e l i a b l e c o m p a r e d w i t h t r a d i t i o n a l m e t h o d s.A d v a n c e s i n p h y t o r e m e d i a t i o n o f H y p e r a c c u m u l a t o r a r e a n a l y z e d a n d s u m m a r i z e d i nt h i s p a p e r,m e a n w h i l e t h e c u r r e n t s t a t u s a n d p r o s p e c t s a r e e l a b-o r a t e d.K e y w o r d s:l e a d;H y p e r a c c u m u l a t o r;p h y t o r e m e d i a t i o n科技的进步带来了社会繁荣的同时,也伴随着人类对自然环境的开发利用程度的迅猛扩大。
近几年来,人类活动如采矿、电镀、冶炼制革等许多工业排放的三废以及农田污灌,污泥农用和肥料的施用不断增加了环境中铅污染负荷,超出了环境自净能力,致使土壤、水体受到了不同程度的铅污染。
据估计,目前中国受污染的耕地面积近2000万h m2,约占耕地面积的1/5,其中工业“三废”污染1000万h m2,农田污灌面积已达130多万h m2,每年因土地污染而减少的粮食产量高达1000万t,直接经济损失达100多亿元。
[1]铅是一种具柔和性的有毒物质,是一种不可降解的环境污染物,并通过进入食物链在生物体内累积,进而影响生物体正常生理代谢活动,危害动物及人体健康,更为严重的是这种污染具有隐蔽性,长期性和不可逆性的特点。
铅对人体各种组织系统均有毒性危害,尤其是神经,造血系统受害最甚,对儿童的身体和智能更为严重。
2003年4月以来,海口市妇幼保健院对全市6910名幼儿,8239名小学生进行了血铅含量调查,发现53.7%的幼儿和56.12%小学生的血铅含量超过100u g/L(W H O确定的铅中毒水平)。
[2]影响人体血铅含量的铅主要来源于土壤和水体。
被重金属污染土壤的治理一般有客土法,石灰改良法、化学淋洗法等。
[3]这些方法在原理上多采用物理或化学的方法,在实际应用中存在某些局限,如因成本高,效率低,而且会破坏土壤结构,导致土壤营养流失,引起“二次污染”等原因,难以大面积应用。
而超富集植物的发现和利用,为土壤修复开辟了新的途径。
这种生物修复技术具有投资和维护成本低,操作简便,不造成二次污染,利用自然能源、安全、生态协调及美化环境等优点,被称之为绿色修复技术,越来越受到各国政府,科技界和企业界的高度重视和青睐,并广泛应用于土壤、水体、污泥的基金项目:贵州省教育厅自然科学研究项目,黔教科(2008093)号。
收稿日期:2011-04-21作者简介:毛海立(1975-),男,上海市人,黔南民族师范学院化学与化工系副教授,研究方向:分析化学。
修复处理。
[3-5]1 超富集植物与植物修复技术的概念与发展1.1超富集植物的概念与发展超富集植物是能够超量吸收重金属并能将其运移到地上的植物。
1977年,B r o o k s提出了超富集植物的概念;1983年C h a n e y提出将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上,而该种植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力,将植物收获并进行妥善处理后可将重金属移出土体,达到治理污染与恢复生态的目的利用密集植物有500多种,广泛分布于植物界的45个科,其中铅超富集植物16种。
[5,6]通常超富集植物的界定可考虑以下两个主要因素;(1)植物地上部富集的重金属应达到一定的量;(2)植物地上的重金属含量应高于根部。
目前采用较多的b a k e r和b r o o k s在1983年提出的参考值,即把植物叶片或地上部(干重)中含C d有达到100u g/g,含C o、C u、N i、P b达到1000u g/g以上的植物称为超富集植物。
同时这些植物还应满足S/R>1的条件(S和R分别是植物地上部和根部重金属的含量)。
[6]国内学者对超富集植物的研究也在进入21世纪有了迅速的发展。
2005年,聂发辉提出了生物富集量系数这个新的评价系数,将给定生长期内单位面积地上部分植物吸收的重金属总量与土壤含量之比作为超富集植物的一项评价指标。
此系数的提出扩大了传统超富集植物的定义,使得富集量未达一水平,但生物量很大的植物也能作为超富集植物。
[7]随着社会的发展,科学技术的进步,资源开发猛增,世界各地同时也受到重金属污染越来越严重,超富集植物的研究也逐渐增多,工程性的实验研究以及实地应用效界显示了植物修复商业化的巨大前景。
1.2植物修复技术的概念与发展一般狭义的植物修复技术是指将某种特定的植物中在重金属污染的土壤上,而该种植物对土壤中的污染元素有特殊的吸收和吸附能力,将植物收获并进行妥善处理(如灰化回收)后即可将该中重金属移出土体,达到污染治理与生态修复的目的。
[8-11]这只是植物修复类型中的植物提取技术(p h y t o e x t r a c-t i o n),广义的植物修复技术还应包含将环境中挥发性污染物吸收到体内后再将其转化为毒性小的挥发态物质,释放到大气中,不需收获和处理含污染物的植物的植物挥发(p h y t o v o l a t i l i z a t i o n);植物对水体重金属和类金属通过根部对毒害性金属进行吸收、浓缩和沉淀的植物过滤(p h y t o f i l t r a t i o n);植物利用其自身的机械稳定作用和吸收沉淀作用来固定土壤中重金属的植物固定(h y t o S t a b i l i z a t i o n);利用一些根系深且发达的速生植物强大的蒸腾作用,将植物作为种生物泵来减少地表污染物下渗进入地下水或流入地表水体的技术的水力泵技术(h y d r a u l i c p u m p i n g)。
[8-15]该技术为目前面临的如何清除环境中日益加剧的有毒重金属,以及有机残留物带来的污染问题,提供了一条新思路,由于它具有投资少,成本低,不造成二次污染的优点。
因此,科学工作者对这种应用与重金属污染的制植物修复技术寄予厚望。
2 我国重金属铅超富集植物筛选研究进展 我国开展重金属超富集植物筛选筛选研究比较晚,但在近十年通过科技工作者的努力下,获取得了与植物修复技术相关的不少成果。
近10年来,重金属超富集植物的筛选受到国内处科学家的广泛关注。
目前,我国有关重金属铅的植物修复研究较多。
刘秀梅等[16]2002年研究在温室砂培盆栽条件下对铅锌尾矿区附近生长的6种植物中,羽叶鬼针草和酸模对铅有很好的耐性,可以作为先锋植物区修复被铅污染的土壤。
聂俊华等[17]在2004年对生长于铅锌尾矿区的36种植物进行了筛选,筛选出6种富集铅的植物品种,分别为香根草、绿叶苋菜、裂叶荆芥、羽叶鬼针草、紫穗槐和苍耳,它们都有较好的富集能力,虽然地上部分P b的含量并未达到超富集植物标准,但具备超富集植物的潜力,其中香根草通过A n t i o c h i a在2007年进行的组培实验中地上部分P b的含量达到2458-4069m g/k g,达到P b超富集植物标准。
[18]柯文山等[19]在温室砂培盆栽条件下对十字花科芸薹属5种植物进行重金属富集研究,认为鲁白、芥菜不仅生长快、生物量高,且其地上部铅的含量超过了1000m g/k g,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。
吴双桃等人[20]2004年通过对株洲市铅锌冶炼厂生产区的植被和土壤调查,首次报道了一种铅超富集植物土荆芥,其体内铅质量分数高达3888m g/k g。
何新华等[21]在对杨梅幼苗的生长研究中发现,杨梅叶片中的P b含量超过1000m g/k g,表现出对P b的强吸收力和耐性。
2005年,汤叶涛等[22]通过野外调查和营养液培养实验首次发现了P b/Z n/C d多金超富集植物圆锥南芥,富集铅的量达到2484m g/ k g。
近期对铅富集植物品种的筛选的研究还有,2007年胡宗达等[23]通过对生长于四川汉源县普陀山铅锌矿区的优势草本植物种类的调查与筛选发现,小鳞苔草是一种铅超富集植物,其地上部分对铅富集含量高达1834.17m g/k g,植株对P b富集系数和转运系数分别为3.1和9.9。
肖青青等[24]2009年在对云南兰坪铅锌矿区的植物研究中,报道了滇白前对铅富集量,且未观察到受害症状,具有较高的金属耐性,且生物量较高。
刘月莉等[25]在2009年对四川甘洛铅锌矿区优势植物的重金属含量的研究中报道了凤尾蕨、细风轮菜、大火草、蔗茅、植物1、小飞蓬和牛茄子7种植物体内的P b含量均大于1000m g/k g,超过了超富集植物的临界标准,其中千里光、细风轮菜、长穗兔儿风、打破碗花花、牛茄子的转运系数>1,具有作为矿区土壤P b污染修复物种的巨大潜力。
