有机污染物的植物修复.doc

《有机污染物的植物修复.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有机污染物的植物修复.doc（6页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流有机污染物的植物修复.精品文档.关于有机物污染的植物修复研究进展环境中的有机污染物几乎涵盖了有机化合物的各种类型，主要有多环芳烃农药木材防腐剂多氯联苯等1。对这些污染物进行全面研究和控制很难做到，因此一般优先考虑和控制一些危害程度较大影响范围较广污染持续时间较长的污染物，如多环芳烃、农药等。尽管修复有机污染环境有物理化学等诸多方法，但最常用最有效的方法是将污染物从现场挖走，然后通过光降解或焚烧的方式加以去除，但该法费用昂贵，对于大面积污染土壤难以实施。此外，物理和化学修复方法还可能破坏当地的生态资源2-3。近20 年，以生态毒理学为基本原理的

2、环境生物修复技术的研究与应用已得到各国政府和科学家的高度重视，其中植物修复技术因具有独特的优势而异军突起。其优势在于利用修复植物的提取、挥发、降解作用，可在原位永久性地解决环境污染问题；修复植物的稳定作用可以绿化污染土壤，使地表稳定，防止污染土壤因风蚀或水土流失而带来的污染扩散问题，同时修复植物的蒸腾作用可以防止污染物质对地下水的二次污染；能减少土壤清洁造成的场地破坏，对环境扰动少；此外，依靠修复植物的新陈代谢活动来修复污染环境，成本较低。1 植物修复类型广义的植物修复包括利用植物固定或修复重金属污染土壤、净化水体和空气、清除放射性核素和利用植物及其根际微生物降解有机污染物等方面4。植物修复的

3、类型有以下5种：（1）植物固定：植物通过改变土壤的化学生物物理条件来抑制其中的污染物，使其发生沉淀或被束缚在腐殖质上，减少其对生物和环境的危害。（2）植物降解：植物吸收污染物后，在体内同化污染物或释放出某种酶，将有毒物质降解为无毒物。（3）根降解：通过土壤中植物根系及其周围微生物的活动，把有机污染物分解为小分子产物，或完全矿化为CO2H2O，去除其毒性。（4）植物萃取：植物从土壤中吸收金属污染物，并在植物地上部分富集，对植物体收获后进行处理。（5）植物挥发：植物吸收污染物后，将其降解，散发到大气中，或把原先非挥发性的污染物变为挥发性污染物送入大气中。2 植物修复机理有机化合物能否被植物吸收，并

4、在植物体内发生转移，完全取决于有机化合物的亲水性可溶性极性和分子量5。Cunningham等6发现，有机质亲水性越强，被植物吸收就越少。植物主要通过3种机理去除环境中的有机污染物：植物直接吸收有机污染物；植物和根际微生物的联合作用；植物根系释放分泌物和酶。2.1 植物直接吸收植物根对有机物的吸收与有机物的相对亲脂性有关。某些化合物被吸收后，以一种很少能被生物利用的形式束缚在植物组织中。如利用胡萝卜吸收二氯二苯基三氯乙烷（DDT），然后收获胡萝卜，晒干后完全燃烧以破坏污染物。在此过程中，亲脂性污染物离开土壤进入胡萝卜根中7。环境中大多数苯系物(BTEX)化合物有机氯化剂和短链脂肪族化合物都可以通

5、过植物直接吸收途径去除8。2.2 植物和根际微生物的联合作用植物通过向根际分泌氨基酸等低分子有机物而刺激微生物的大量繁殖，可间接促进有机污染物的根际微生物降解。Anderson等9的试验表明，植物能以多种方式刺激微生物对有机污染物进行转化，根际微生物在生物降解中起着重要作用。土壤由于植物根系的存在，增加了微生物的活动和数量。具有植物根系的土壤中，其微生物数量和活性比无根系土壤中微生物数量和活性增加了5倍10倍，有的高达100倍，这些微生物可以加速许多种有机农药及三氯乙烯的降解10，甲基硫类物质和某些杀虫剂也能被几种根际微生物所降解11。Katayama等12进行了利用根际真菌降解多种有机化合物

6、（如五氯苯酚DDT等)方面的研究，试验证实了根际微生物能对有机污染物的降解起作用。其降解的原因可能是由于植物根系分泌物刺激了微生物的活动。Prikry等13的研究表明，植物根际分泌物的数量与土壤中微生物的存在密切相关。上述研究结果表明，植物和根际生物对有机污染物的降解起重要作用。至于植物吸收、积累和降解与植物通过根际活动而促进有机污染物降解相比，何者更为重要，可能因不同性质的化合物或同种化合物在不同生态体系中的降解而存在较大差异。2.3 植物分泌物和酶的降解作用植物分泌物包括糖类氨基酸有机酸脂肪酸甾醇生长素核苷酸黄烷酮及其他化合物，这些化合物能改变土壤的理化条件。现已证明，某些能降解有机污染物

7、的酶类不是来源于微生物而是来源于植物，如植物根系中的硝基还原酶能对含硝基的有机污染物进行降解14。植物释放到根系土壤中的酶系统可以直接降解有关的化合物，如硝酸还原酶和漆酶可以降解TNT，使之成为无毒物质，脱卤酶可降解氯化剂如TCE，生成Cl-H2O和CO2。3 植物修复有机污染的研究进展3.1 植物修复多环芳烃污染植物对多环芳烃虽有一定的富集能力，但富集能力比较弱。Gao等15研究了12种植物对土壤菲和芘的吸收与转移情况。当土壤中菲和芘投加浓度分别为133、172 mg/kg时，植物根对菲和芘的富集系数(植物污染物含量与土壤污染物含量的比值)分别为0.050.67和0.234.44，而茎的富集

8、系数则分别为0.0060.67和0.0040.12。种植植物与未种植植物处理相比，在菲芘去除中植物吸收的贡献仅占0.01%和0.24%。植物根系的分泌物对多环芳烃也有一定的降解能力。Yoshitomi等16采用同位素示踪技术，证实了玉米根系分泌物对芘具有显著的降解作用。但一般认为，植物在多环芳烃降解中的主要贡献在于促进了根际微生物的生长，从而间接地促进了污染物的降解。刘世亮等17利用盆栽试验，研究了紫花苜蓿在接种和不接种菌根真菌苏格兰球囊霉(Glomuscaledonium)情况下对土壤中苯并a芘的去除情况。结果表明，植物生长90 d后，尽管不接种菌根真菌的紫花苜蓿对苯并a芘的去除率可以达33

9、.0%53.3%，但接种菌根真菌后，苯并a芘的降解率则可高达57.0%86.6%，说明接种菌根真菌后根际圈的生物降解能力更强一些。其机理可能在于接种菌根真菌能提高土壤酶的活性，从而促进土壤苯并a芘的降解。在根际圈修复的基础上，如果再采取一些物理化学修复方法，其修复效果可能会进一步提高。Huang等18以杂芬油为目标污染物，考察了包括物理化学修复、微生物修复和植物修复在内的多进程植物修复系统对多环芳烃的去除效果。3.2 植物修复农药污染一般认为，植物修复有机污染物比较困难，主要是因为有机污染物通常难溶于水而不易被植物根系所吸收。许多农药是水溶性的，水溶性农药很容易被植物吸收。研究表明，萝卜、烟草

10、、莴苣、菠菜和青菜等对土壤中农药都有较强的吸收能力。蔬菜从土壤中吸收农药能力大小的一般顺序是根菜叶菜果菜19。莴苣和萝卜等很容易吸收水溶性乐果，作物与土壤中农药浓度之比可达5.344.8。其他溶于水或微溶于水的农药，如乙酰甲胺磷、氯唑磷、丙溴磷、氟氯氰菊酯、吡虫啉、烟碱等杀虫剂，硫酸铜、代森锰锌、代森铵、甲霜灵、万霜灵等杀菌剂，也均能被植物所吸收。除草剂也能为植物所吸收，这为利用植物进行农药污染土壤修复提供了理论基础。对大部分不溶于水的杀虫剂、杀菌剂等农药，植物主要利用根际的生物降解作用进行修复。在利用植物修复农药污染的研究中，凤眼莲(Eihorniacrassipes)得到了较多关注。研究表

11、明，根际微生物对凤眼莲清除水溶液中马拉硫磷起到约9%的作用20。阿特拉津对土壤和水体的污染也日益受到人们的重视。白杨可通过吸收和转化分解作用，降解大部分阿特拉津，在有些土壤中降解率甚至可达100%21。此外，狼尾草也能部分降解阿特拉津，甚至可以同时降解西码津。狼尾草在污染土壤中生长80 d以后，分别降解阿特拉津和西码津45%和52%，未种植狼尾草的对照只降解22%和20%22。DDT及其代谢物是典型的持久性有机污染物。安凤春等23利用盆栽试验的方法，对10种草本植物降解DDT的潜力进行研究。结果表明，植物生长90 d后，土壤DDT总含量下降了19.6%73.0%，其中来自丹麦的植物Taya和美

12、国的植物Titan对DDT的降解能力最强。通过检测植物体内DDT含量发现，植物修复的作用轻微。污染土壤中DDT的去除主要是植物根际圈修复的结果。4 结语植物修复的理论研究涉及许多学科，近年来在环境污染削减控制研究领域十分活跃，同时植物修复技术也带动了一种新兴的环保产业技术的发展24。植物不仅本身能从环境中吸收、积累与降解有机污染物，而且通过促进根际微生物的活动可加速有机污染物的生物降解，因而植物修复被认为是大有前途的环境修复技术之一。虽然利用植物达到完全修复污染环境的目的还不能实现，并且修复周期也比较长，但是植物修复可以最大限度地降低修复时对环境的扰动。由于植物修复尤其是有机污染环境的植物修复

13、是一个崭新的研究领域，依然存在许多问题，如植物对不同类型和性质有机污染物的修复效果及差异；对植物富集的有机污染物及代谢产物进行跟踪与危险性评价；以及协调与植物修复重金属污染以及其他环境修复技术间的关系等，尚有待进一步研究探讨。参考文献：1 沈德中.污染环境的生物修复M.北京:化学工业出版社,2002.2 旷远文,温达志,周国逸.有机物及重金属植物修复研究进展J.生态学杂志,2004,23(1):90-96.3 李法云,臧树良,罗义.污染土壤生物修复技术研究J.生态学杂志,2003,22(1):35-39.4 唐世荣,黄昌勇,朱祖详.利用植物修复重金属污染土壤J.环境科学进展,1996(12):

14、10-15.5 Bell R M.Higher plant accumulatation of organic pollutants from soilsR.Cincinnati:Risk Reduction Engineering Laboratory, 1992.6 桑伟莲,孔繁翔. 植物修复研究进展J.环境科学进展,1999(3):40-44.7 Cunningham D W. Promises and prospects of phytore mediationJ.PlantPhysical, 1996, 110:715-719.8 Schnoor J L.Phytore mediat

15、ion of organic and nutrient contaminantsJ.Environ Sci Technol,1995,29:318-323.9 Anderson T A, Elizabeth A G,Walton B T. Bioremedation in the rhizosphereJ. Environ Sci Technol,1993,27(13): 2630-2635.10 张福锁,曹一平.根际动态过程和植物营养J.土壤学报,1992, 29(3):239-250.11 Rugh C L.Development of transgenic yellow poplar f

16、or mercury phytoremediationJ.Nat Biotechnol,1998,16(10):925-928.12 Katayama A,Matsumura F. Degradation of organochlorine pesticides,particularly endosulfun,by Trichoderma harzianum J. Environ Toxical Chem,1993,12:1059-1065.13 Prikry L Z,Vancura V. Wheat root exudation as dependent on growth,concentr

17、ation gradient of exudates and the presence of bacteriaJ.Plant and Soil.,1980,57:69-83.14 Macek T, Mackova M, Kas J. Exploitation of plants for the removal of organics in environmental remediation J.Biotechnol Adv，2000,18(1):23-24.15 Gao Y,Zhu L.Plant uptake,accumulation and translocation of phenant

18、hrene and pyrene in soilsJ.Chemosphere,2004, 55(9):1169-1178.16 Yoshitomi K J,Shann J R. Corn (Zea mays L.) root exudates and their impact on 14C-pyrene mineralization J. Soil Biol Biochem,2001,33(12):1769-1776.17 刘世亮,骆永明,丁克强,等.苯并a芘污染土壤的丛枝菌根真菌强化植物修复作用研究J.土壤学报,2004,41(3):336-342.18 Huang X D,El Alawi

19、 Y, Penrose D M,et al.Amultiprocess phytore mediation system for removal of polycyclic aromatic hydrocarbons from contaminated soils J. Environ Pollut,2004,130(3):465-476.19 张大弟,张晓红.农药污染与防治M.北京:化学工业出版社,2001.20 夏会龙,吴良欢,陶勤南.凤眼莲植物修复几种农药的效应J.浙江大学学报(农业与生命科学版),2002,28(2):165-168.21 信欣,蔡鹤生.农药污染土壤的植物修复研究J.植

20、物保护,2004,30(1):8-11.22 Singh N,Megharaj M,Kookana R S,et al. Atrazine and simazine degradation in Pennisetum rhizosphereJ.Chemosphere,2004,56(3):257-263.23 安凤春,莫汉宏,郑明辉,等.DDT污染土壤的植物修复技 术J.环境污染治理技术与设备,2002,3(7):39-44.24 Black H.Phytoremediation:a growing field with some concernsJ.The Scientist,1999,13:1-3.