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1.2
超富集植物的筛选
目前,对超富集植物的筛选主要通过野外采样分析和盆栽模拟两种方法。野外采样分析法简便易行,是获取超富集植物的主要方法。而盆栽模拟试验,主要针对植物整个生长期的生长变化过程,通过观察并明确植物受不同浓度重金属污染物胁迫时的表观反映,进而从影响植物生长的角度出发来探讨植物修复重金属污染土壤的机理。
目前,盆栽模拟法仍然是探索植物修复重金属污染土壤的主要试验研究方法(Nadna,1995)。当前,世界上发现的大多数超富集植物主要集中在十字花科,国外围绕芸苔属、庭荠属及遏蓝菜属等植物进行了大量的试验研究(Baker等,1991)。
近年来,国内外已发现东南景天可富集和忍耐锌(Zn)和镉(Cd)等多种重金属,且具有生长迅速的特点,是研究植物修复重金属污染土壤的主要物种之一(胡杨勇等,2014)。中国在超富集植物的筛选方面也取得了显著成效。如发现东南景天是超富集Cd和Zn的植物,油菜、宝山堇菜、龙葵等是超富集Cd的植物,蜈蚣草和大叶井口边草对As具有较强的超富集作用(顾继光等,2005)。工业大麻具有优良的修复特性和利用价值,可以作为重金属污染土壤植物修复的物种(梁淑敏等,2013;Linger等,2005)。
1.3
植物修复污染土壤的途径和调控机制
植物修复(phytoremediation)是一种利用自然生长植物、人为种植作物、遗传培育植物修复重金属污染土壤的技术的总称(Salt等,1995)。
根据其作用机理和修复过程,将重金属污染土壤的植物修复技术分为3类:
(1)植物提取(phytoextraction);
(2)植物固定(phytostabilization);
(3)植物挥发(phytovolatilization)(Marques等,2009;Fulekar等,2009;沈振国和陈怀满,2000),其中植物提取和固定备受众多学者的广泛关注。
植物提取的作用过程与调控机制
Chaney(1983)和Baker等(1991)最先提出“植物提取”(Phytoextraction)这一概念。“植物提取”又叫植物萃取或植物吸收,即通过植物超累积重金属污染物的特性将土壤中的重金属污染物通过植物根系吸收并转运到植物地上部分,随后收获地上部分并妥善处理(如灰化后提炼回收),连续种植和收割几茬,逐渐降低土壤中重金属污染物含量,达到减少土壤中重金属污染物含量并满足作物生长的目的(Baker等,1991)。
根据植物本身的特性,也可以采用持续性提取方式,即在植物的整个生长期内能够吸收、转运和累积较多量的重金属污染物贮存于植物地上部分,但这些重金属污染离子并不会对植物产生毒害。
植物提取土壤污染物的过程和机制由4部分组成:
(1)土壤中重金属污染物的释放,不同形态的土壤重金属污染物相互作用和转换后达到平衡状态,转换为容易被植物根系吸收的重金属污染物;
(2)根系对重金属污染离子的吸收;
(3)引起重金属污染的离子从根向地上部运输;
(4)植物地上部累积重金属污染离子。
植物提取法是目前研究最多且最有发展前景的一种植物修复技术。
植物固定的作用过程与调控机制
植物固定(Phytostabilization)是利用植物根系分泌物降低土壤污染物危害的一种方法。其中包括了分解、沉淀、螯合、氧化还原等过程,这一方法并没有改变土壤中重金属污染物的总量,只起到暂时的固定作用(韦朝阳和陈同斌,2002)。
植物固定过程主要降低了重金属污染物的生物有效性和移动性。常用于修复重金属污染土壤的稳定剂有石灰、含磷物质、碳酸钙、沸石、硅酸盐等(王立群等,2009)。植物固定体现了植物抵抗重金属污染土壤环境的能力,但并没有去除土壤中的重金属污染物,改变环境条件后仍可使重金属污染物生物有效性发生改变(孙敬亮等,2003)。
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