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在中国部分地区,因工业废水、大气降尘、石油开采和农药造成的土壤有机物污染相当严重。植物修复技术具有成本低、环境友好和可再利用等特点,是一种非常有前途的环境污染原位治理途径。某些植物具有强耐受性和高积累量,可以得到更好的土壤修复效果。
1 植物修复技术概念和类型
1.1 概念
植物修复技术(phytoremediation)是利用植物的独特功能,与根际微生物协同作用,发挥生物修复的更大功能,进而使污染土壤得以修复和消除。熊建平等研究发现水稻田改种苎麻后,极大缩短了汞污染土壤恢复到其背景值水平的时间。
1.2 基本类型
(1)植物提取(phytoextraction):即通过超积累植物对有机污染物的富集作用,达到去除土壤污染物的作用。
(2)植物降解(phytodegradation):利用植物的代谢作用及与其共生的微生物活动来降解有机污染物。
(3)植物固定(phytostabilization):利用植物根系的吸附作用来减少环境中污染物的生物可获得性。
(4)植物挥发(phytovolatilization):通过植物对有机污染物的吸收和转化作用,最终将其挥发到空气中。
2 植物修复机理
(1)植物对有机污染物的直接吸收。被植物吸收的有机化合物有多种去向:植物分解,通过木质化作用将其转化为植物体的组成部分;转化成无毒性的中间代物产物,储存于植物体内;完全被降解,最终转化成二氧化碳和水,从而达到去除有机污染物的目的。
(2)根际生物降解作用。根际是受植物根系活动影响的一个微区,也是植物一土壤一微生物与其环境条件相互作用的场所。根分泌物不仅能提高已存微生物的数量和活性,而且能选择性地影响微生物生长,使根际不同微生物的相对丰度发生改变,从而有利于根际的有机污染物的降解。
研究表明植物根际的微生物数量比非根际区高几十倍,甚至几百倍,微生物的代谢活性也比原土体高,从而提高有机污染物的降解效率。
(3)植物根部分泌的酶可催化降解有机污染物。植物根系分泌的酶可直接降解有关污染物,致使有机污染物从土壤中的解吸和质量转移成为限速步骤,植物死亡后酶释放回到环境中,可以继续发挥分解作用。
美国佐治亚州Athens的EPA实验室从淡水的沉积物中鉴定出脱卤酸硝酸还原酶、过氧化物酶、漆酶和腈水解酶等五种酶,这些酶均来自植物。有研究表明,硝酸盐还原酶和漆酶可降解军火废物如TNT(2,4,6一三硝基甲苯),使之成为无毒物质。
3 植物修复的应用与展望
植物修复技术较常规的重金属污染治理技术已显示出显着的生态、经济和社会效益,具有广阔的应用前景。植物修复可用于石油化工污染、炸药废物、燃料泄漏、氯代溶剂、填埋淋溶液和农药等有机污染物的治理,通常采用植物修复和其他清除方法结合使用。每个清除点需要种植不同的植物联合发挥作用,如苜蓿根系深、有固氮能力,杨树和柳树栽种广泛、耐涝而生长迅速,黑麦和野草生长浓密覆盖力强,可以根据不同植物不同的特点搭配使用。
植物修复是一种有效的土壤污染处理方法,它与其根际微生物共同发挥着分解、富集和稳定污染物的作用。土壤污染植物修复技术是一项非常有前途的新技术,与其它修复技术相比,费用较低,适合在发展中国家发展。虽然我国在超累积植物研究方面还处在起步阶段,但是从己经取得的成果表明,我国科学家有能力开发一批适合我国国情的植物修复技术,建立自主知识产权的植物修复技术。可以预料,植物修复将成为一种泛应用、环境良好和经济有效的修复技术。
在我国,植物修复技术起步较晚,在理论体系、修复机理和修复技术上还有许多不完善、不成熟的地方,有许多基础理论研究和应用实践工作要开展。
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