7.4 超积累植物和污染土壤修复 修复模式 >植物提取 (phytoextraction)

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1 7.4 超积累植物和污染土壤修复 修复模式 >植物提取 (phytoextraction)
>植物挥发 (phytovolatilization) >植物稳定 (phytostabilization) >植物降解 (phytodegradation)

2 7.4.1 植物提取 >植物提取:利用植物根系吸收重金属元素，并经过植物体内 一系列复杂的生理生化过程，将重金属元素从根部转运至植 物地上部分，再进行收割处理。 >根据实施的策略不同，植物提取技术可分为连续植物提取 和诱导植物提取。 第一种情况（连续植物提取）：植物在整个生命周期中都能吸 收、转运、积累和忍耐高含量的重金属。 第二种情况：某些植物只能在一段时期内吸收重金属，或整个 生命期中都吸收但吸收量很低。

3 7.4.1 植物提取 >植物提取技术与其他修复模式的区别之处在于重金属地上 部分含量的不同。
>因而植物提取技术要求植物能从根部吸收重金属离子，还 能有较高的地上部分转运能力。

4 7.4.1 植物提取 植物提取例子 印度芥菜在高浓度可溶性Pb 营养液中培养一段时间后,茎 中Pb含量达到1.5％；
印度芥菜还能吸收积累Cr、 Cu、Zn、Cd 、Ni等重金属。

5 7.4.1 植物提取 重金属超积累植物 为植物修复的核心部分，最早的概 念于1977年Brooks提出，现在接近成熟。
>超积累植物地上部分的重金属含量是同等生境条件下其他 普通植物含量的100倍以上； >在污染地生长旺盛，生物量大，能正常完成生活史； >富集系数(BCF)和转运系数(TF)都大于1。一般而言，植物体 内重金属临界含量为Zn：10000mg／kg，Cd：100mg／kg， Au：1mg ／kg，Pb、Cu、Ni、Co均为1000mg／kg。

6 7.4.1 植物提取 地上部器官中重金属含量 富集系数＝ ％ 土壤中重金属含量 茎叶中重金属含量 转运系数＝ ％ 根部重金属含量

7 重金属在土壤普通植物中的平均浓度及其在超累积植物中的临界标准（mg/kg）
7.4.1 植物提取 重金属在土壤普通植物中的平均浓度及其在超累积植物中的临界标准（mg/kg） 重金属元素 土壤中含量 普通植物中含量 超累积植物临界标准 镉Cd 100 钴Co 10 1 1000 铬Cr 50 锰Mn 850 80 钙Ca 20 镍Ni 40 2 铅Pb 5 锌Zn 10000 达到临界标准，才能算是超富集植物。只有找到这种重金属的超富集植物，才能修复这种重金属污染的土壤。 世界上已发现400多种典型的超富集植物，其中超过六成是Ni超富集植物。

8 某些已知超累积植物地上部分中的金属含量（mg/kg）
7.4.1 植物提取 某些已知超累积植物地上部分中的金属含量（mg/kg） 金属 超累积植物 含量 镉Cd 天蓝遏蓝菜（Thlaspi caerulescens） 1800 铜Cu 高山甘薯（Ipomoca alpina） 12300 钴Co Haumaniasturm robetii 10200 铅Pb 园叶遏蓝菜（T. rotundifolium） 8200 锰Mn 粗脉叶澳洲坚果（Macadamia neurophylla） 51000 镍Ni 九节木属（P. douarrei） 47500 锌Zn 天蓝遏蓝菜（T. caerulescens） 51600

9 7.4.1 植物提取 超积累种鸭趾草中铜的浓度超过 1000μg/g干重时， 并未观察到明 显的中毒症状。
东南景天：产广西、广东、台湾、福建、贵州、四川、湖北、湖南、江西、安徽、浙江至江苏宜兴。Zn/Cd 共超积累及铅富集植物

10 7.4.1 植物提取 遏兰菜（Thlaspi caerulensens）
蜈蚣草（ Pteris vittata Linn.）—— 第一种在我国发现的As超富集植物， 由陈同斌等发现．

11 7.4.1 植物提取

12 7.4.1 植物提取 植物对污染环境的适应模式 长期生长于污染土壤中的植物对环境胁迫往往形成了三类 适应模式，各自特点为：
>抵御：与根际周围的各类真、细菌组成菌根，形成防御体系共同 抵制外界污染物质的侵害。 >忍耐：无法构建防御体系，但可形成一定的忍耐特性，体内重金 属含量高于普通植物，即使脱离重金属污染土壤仍能自然成活，称 为富集植物。 >利用：因为自身生理的需要，土壤中污染物质含量要达到一定数 值才能成活，称为超积累植物。 如比苏草在Cu含量小于100μg／kg 的土壤中不能正常生长。根据其这一特性，某种重金属的超积累植 物往往还能成为金属矿藏的指示植物。

13 7.4.1 植物提取 超积累植物分布 >地域来看，多分布于富含重金属的矿区；
>植物分类来看，多位于几个类别之内，如Ni主要分布于 “五科” 、“十属”； >农田杂草也可能是超积累植物的一个重要来源库。如魏树 和等发现了8种对Cd具有超积累性的杂草。

14 7.4.2 植物挥发 >含义：植物将挥发性污染物吸收到体内后再将其转化为气态物 质，释放到大气中。
植物挥发和土壤根际微生物的活动密切相关。 >缺点：挥发性重金属经植物体进入大气最终沉入土壤或水体， 会产生二次污染。 >挥发举例：植物从土壤吸收汞再向大气挥发。 例子: 甲基汞毒性的两种基因转导到烟草和植物拟南芥， 汞离子还原基因和有机汞催化破坏基因，其中有机汞催化 破坏基因能催化有机汞释放汞，然后由汞离子还原基因催 化植物所吸收的汞发生还原反应变为单质汞，再由植物把 单质汞挥发到大气中去。

15 7.4.3 植物稳定 积累 沉淀 A 根分泌物质 污染物质 失去生物有效性 减少毒害作用 减少 防止
>含义：利用植物吸收和沉淀来固定土壤中的大量有毒重金属，以降低其 生物有效性并防止其进入地下水和食物链，从而减少环境和人类健康的污 染风险。 >适用于相对不易移动的物质。 >主要应用在采矿、废气干沉降、污泥处置。 积累 沉淀 A 根分泌物质 污染物质 失去生物有效性 减少毒害作用 减少 防止 B 植物生长 风蚀、水蚀 污染物质扩散、迁移 防止污染周围环境

16 7.4.4 植物降解过滤 >含义：指污染物被植物根系吸收后通过体内代谢活动来过滤、 降解污染物质的毒性。 如六价Cr生物有效性最强，通过植物根系的降解作用后变成 低价态的三价Cr，毒性大大减弱． >植物的降解作用与根际土壤环境密切相关。根际分泌物的存在， 使土壤理化性质，如pH值、氧化还原电位、微生物组成等显著 改变．