植物修復(fù)技術(shù)理論研究進(jìn)展

曹　宇　柴振光　宋曉峰

摘要 植物修復(fù)技術(shù)是指利用綠色植物及其根際微生物治理環(huán)境的技術(shù)，近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用。概述了植物修復(fù)技術(shù)的機(jī)理，并討論了植物修復(fù)技術(shù)的前景。

關(guān)鍵詞 植物修復(fù)；凈化；生物治理

中圖分類號(hào) Q949.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2009）07-0245-01

利用綠色植物吸收、聚集、降解、固定環(huán)境中的污染物從而減少或減輕污染物毒性的技術(shù)稱為植物修復(fù)技術(shù)[1]。植物系統(tǒng)通過(guò)對(duì)工業(yè)污染物進(jìn)行穩(wěn)定、提取、降解、揮發(fā)等生物反應(yīng)過(guò)程處理污染物。這項(xiàng)技術(shù)在處理污染物的同時(shí)并不對(duì)環(huán)境造成破壞，因此過(guò)去10年來(lái)被認(rèn)為是一種處理環(huán)境污染有效的方法。筆者將介紹最近幾年來(lái)植物修復(fù)技術(shù)理論的最新研究進(jìn)展及其發(fā)展方向。最后，討論了包括基因工程在內(nèi)的新的植物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展前景。

1 環(huán)境污染物來(lái)源

1.1 有機(jī)污染物來(lái)源

環(huán)境中的有機(jī)污染物大多數(shù)是人類制造的，比如藥物、殺蟲(chóng)劑等。有機(jī)污染物可以通過(guò)軍事活動(dòng)（爆炸物、化學(xué)武器）、農(nóng)業(yè)（農(nóng)藥、除草劑）、工業(yè)（化學(xué)、石化）等方式污染到自然環(huán)境。根據(jù)這些有機(jī)污染物的性質(zhì)，它們可以被植物的根吸收，然后進(jìn)行降解、隔離或揮發(fā)來(lái)進(jìn)行處理?，F(xiàn)在可以成功地被降解的有機(jī)物，包括有機(jī)溶劑，如TCE[2]（最常見(jiàn)地下水的污染物）；除草劑，如莠去津；爆炸物，如TNT炸藥；石油烴，如石油、汽油、苯、甲苯和多環(huán)芳烴；燃料添加劑以及多氯聯(lián)苯（PCB）。

1.2 無(wú)機(jī)污染物來(lái)源

無(wú)機(jī)污染物的來(lái)源主要是地殼中的元素或大氣活動(dòng)，還有人類活動(dòng)，如采礦、工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)和軍事活動(dòng)等也會(huì)使其釋放到環(huán)境中產(chǎn)生環(huán)境污染。無(wú)機(jī)污染物不能被降解，但它們可以通過(guò)植物的組織來(lái)穩(wěn)定或螯合進(jìn)行吸收。無(wú)機(jī)污染物，可被吸收的包括植物營(yíng)養(yǎng)素，如硝酸鹽和磷酸鹽；植物微量元素，如鉻、銅、鐵、錳、鉬、鋅[3]；非必需元素，如鎘、鈷、汞、硒、鉛、釩；以及放射性同位素，如鈾238、銫137等。

2 植物修復(fù)技術(shù)

2.1 植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用范圍

植物修復(fù)技術(shù)可作用于固態(tài)、氣態(tài)和液態(tài)的污染物。受污染的土壤修復(fù)包括軍事設(shè)備（TNT炸藥、金屬、有機(jī)物）、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域（除草劑、殺蟲(chóng)劑、金屬、硒）、工業(yè)用地（有機(jī)物、重金屬、砷）等。污染水域的修復(fù)包括污水處理和城市污水（金屬）、農(nóng)業(yè)污水的排放（化肥養(yǎng)分、重金屬、砷、硒、硼、有機(jī)農(nóng)藥、除草劑）、工業(yè)廢水（金屬、硒）垃圾滲濾液、礦井水（金屬）和地下水的污染（有機(jī)物、重金屬）。植物也可以用于過(guò)濾室內(nèi)和室外的空氣，如二氧化硫、臭氧、二氧化碳、神經(jīng)毒氣、粉塵或煙塵顆粒等。

2.2 植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在過(guò)去10年里，植物修復(fù)技術(shù)由于其成本低廉，已經(jīng)在政府機(jī)構(gòu)和工業(yè)界得到了普及。在美國(guó)，每年用于環(huán)境整治費(fèi)用達(dá)到6~8億美元，而每年世界各地費(fèi)用在25~50億美元[4]。目前，在美國(guó)以土壤挖掘、土壤的淋洗或焚燒的工程技術(shù)方式為基礎(chǔ)的處理方法要比植物修復(fù)技術(shù)的成本高10倍。因此，植物修復(fù)技術(shù)可以作為“綠色清潔工”替代化工廠和推土機(jī)，減少成本開(kāi)支。而且植物修復(fù)技術(shù)也可以成為發(fā)展中國(guó)家治理環(huán)境污染不錯(cuò)的選擇。

2.3 植物修復(fù)技術(shù)的制約

植物修復(fù)技術(shù)存在一定的制約。比如植物必須生在受到污染的地方，才可以進(jìn)行環(huán)境修復(fù)。因此，污染土地的土壤理化性質(zhì)、毒性水平、氣候都應(yīng)該適合植物的生長(zhǎng)。而植物修復(fù)對(duì)于植物根的深度也有限制，因?yàn)橹参锉仨毮軌蚪佑|到污染物才可以進(jìn)行修復(fù)。植物修復(fù)處理的時(shí)間隨著污染物的不同也不一樣，如植物降解處理污染物的進(jìn)度較快（幾天或幾個(gè)月），但通過(guò)土壤凈化的積累往往需要幾年時(shí)間，限制了適用性。植物修復(fù)也可能受到生物利用度的限制，有時(shí)由于污染物的復(fù)雜性，往往需要采取不同的植物修復(fù)技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行綜合治理。

3 植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

植物及其根際微生物可以通過(guò)不同方式進(jìn)行植物修復(fù)。它們可以用作構(gòu)建過(guò)濾器、人工濕地或溶液培養(yǎng)裝置，后者被稱為根際過(guò)濾。植物還可以在它們的組織中積累污染物，并用來(lái)提取物污染物，這項(xiàng)技術(shù)被稱為植物提取技術(shù)。提取的植物材料可被用于非食品用途（例如木材、紙板）。其次是處理垃圾填埋場(chǎng)或貴重金屬的回收，這被稱為礦物提取技術(shù)。植物可以通過(guò)在根際周圍的微生物促進(jìn)有機(jī)污染物的生物降解。即所謂的植物刺激或根際過(guò)濾。植物還可以直接通過(guò)自己的酶活動(dòng)降解有機(jī)污染物，這個(gè)過(guò)程被稱為植物降解。某些污染物在植物組織中被吸收后可以易揮發(fā)的形式離開(kāi)植物，即所謂的植物揮發(fā)。這些不同的植物修復(fù)技術(shù)并不是相互排斥的，例如，在構(gòu)建濕地時(shí)，植物積累、穩(wěn)定和揮發(fā)可以同時(shí)起作用。因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中，植物會(huì)在沒(méi)有人為因素的干擾下自發(fā)地進(jìn)行對(duì)環(huán)境的修復(fù)。即固有衰減，是一種最簡(jiǎn)單的植物修復(fù)形式。如上所述，不同的植物修復(fù)技術(shù)適合不同類別的污染物，構(gòu)建濕地這種方法已經(jīng)廣泛地適用于無(wú)機(jī)物，包括金屬、硒、高氯酸鹽、氰化物、硝酸鹽、磷酸鹽以及一些有機(jī)物，如炸藥和滅草劑等。室內(nèi)的根際過(guò)濾技術(shù)由于設(shè)備相對(duì)昂貴，而這種技術(shù)相對(duì)于有害物質(zhì)含量較小的無(wú)機(jī)物廢水處理比較適用。

4 展望

在過(guò)去的10年里，隨著植物分子生物學(xué)的發(fā)展，使轉(zhuǎn)基因技術(shù)逐漸成熟，轉(zhuǎn)基因植物表現(xiàn)出了對(duì)于各種污染物更高的抗性、積聚和降解能力。未來(lái)幾年里，擬南芥和水稻的基因測(cè)序和新的基因技術(shù)的利用使轉(zhuǎn)基因技術(shù)促進(jìn)了植物修復(fù)技術(shù)的提高。雖然目前對(duì)植物及其相關(guān)微生物對(duì)于污染物處理的機(jī)制研究取得了不錯(cuò)的成果，但由于植物及其微生物相互作用的許多基本過(guò)程還是未知的，需要在相關(guān)的領(lǐng)域做更進(jìn)一步的研究[5]。

5 參考文獻(xiàn)

[1] 唐世榮.污染環(huán)境植物修復(fù)的原理與方法[M].北京：北京科學(xué)出版社，2006.

[2] NEWMAN LA，STRAND SE，CHOE N.Uptake and biotransformation of trichloroethylene by hybrid poplars[J].Environ. Sci. Technol，1997（31）：1062-1067.

[3] LYTLE CM，LYTLE FW，YANG N，et al. Reduction of Cr（VI） to Cr（III） by wetland plants：potential for in situ heavy metal detoxification[J].Environ. Sci. Technol，1998（32）：3087-3093.

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[5] PILON-SMITS EAH. Phytoremediation[J].Annu Rev Plant Biol，2005（56）：15-39.