环境修复原理与技术-第5章 污染环境的植物修复原理
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环境修复原理与技术
成都理工大学研究生课程
环境修复原理与技术
刘国 liuguo@ 成都理工大学环境科学与工程研究所
2012年·成都
环境修复原理与技术 1 概念篇
授课提纲
环境修复的概念、对象和任务、类型、 环境修复的概念、对象和任务、类型、产生与发展等
2
原理篇
物理修复原理 植物修复原理 化学修复原理 化学修复原理 微生物修复原理 微生物修复原理
污染土壤的环境修复 ⑵污染土壤的环境修复
我国的地下水和土壤污染相当严重， 我国的地下水和土壤污染相当严重，主要污染物是重金属离子和有毒有 的地下水和土壤污染相当严重 害有机物。据调查， 害有机物。据调查，农村土地的土壤和地下水污染土壤是由粗放式农业 耕作和乡镇工业造成的。 耕作和乡镇工业造成的。 发达国家已经投人大量资金对受污染环境进行修复。 发达国家已经投人大量资金对受污染环境进行修复。相关的修复技术在 国外也得到了迅速开发。修复技术基本上分为两类： 国外也得到了迅速开发。修复技术基本上分为两类：物理化学类型和生 物学类型。物理化学修复技术包括隔离、泵抽取和地上处理、 物学类型。物理化学修复技术包括隔离、泵抽取和地上处理、土壤清洗 萃取、固化和稳定化等； 、萃取、固化和稳定化等；生物修复技术包括地上生物处理和地下现场 生物修复等。 生物修复等。 物理化学类型的修复技术一般是将受污染的土壤或地下水移走， 物理化学类型的修复技术一般是将受污染的土壤或地下水移走，再进行 适当的处理和处置。这类技术能够彻底清除土壤和地下水中的污染， 适当的处理和处置。这类技术能够彻底清除土壤和地下水中的污染，其 缺点是严重影响土壤的结构和地下水所处的生态环境， 缺点是严重影响土壤的结构和地下水所处的生态环境，而且成本非常高 相比较而言，现场生物修复技术不会破坏生态环境， 。相比较而言，现场生物修复技术不会破坏生态环境，但其修复过程非 常缓慢、效率低．不能满足快速修复的需要， 常缓慢、效率低．不能满足快速修复的需要，尤其是在较密实的土壤中 修复所需要的活性微生物、辅助药剂等很难输送至受污染的区域。 ，修复所需要的活性微生物、辅助药剂等很难输送至受污染的区域。
环境修复原理与技术
刘国 liuguo@ 成都理工大学环境科学与工程研究所
2012年·成都
环境修复原理与技术 1 概念篇
授课提纲
环境修复的概念、对象和任务、类型、 环境修复的概念、对象和任务、类型、产生与发展等
2
原理篇
物理修复原理 植物修复原理 化学修复原理 化学修复原理 微生物修复原理 微生物修复原理
污染土壤的环境修复 ⑵污染土壤的环境修复
我国的地下水和土壤污染相当严重， 我国的地下水和土壤污染相当严重，主要污染物是重金属离子和有毒有 的地下水和土壤污染相当严重 害有机物。据调查， 害有机物。据调查，农村土地的土壤和地下水污染土壤是由粗放式农业 耕作和乡镇工业造成的。 耕作和乡镇工业造成的。 发达国家已经投人大量资金对受污染环境进行修复。 发达国家已经投人大量资金对受污染环境进行修复。相关的修复技术在 国外也得到了迅速开发。修复技术基本上分为两类： 国外也得到了迅速开发。修复技术基本上分为两类：物理化学类型和生 物学类型。物理化学修复技术包括隔离、泵抽取和地上处理、 物学类型。物理化学修复技术包括隔离、泵抽取和地上处理、土壤清洗 萃取、固化和稳定化等； 、萃取、固化和稳定化等；生物修复技术包括地上生物处理和地下现场 生物修复等。 生物修复等。 物理化学类型的修复技术一般是将受污染的土壤或地下水移走， 物理化学类型的修复技术一般是将受污染的土壤或地下水移走，再进行 适当的处理和处置。这类技术能够彻底清除土壤和地下水中的污染， 适当的处理和处置。这类技术能够彻底清除土壤和地下水中的污染，其 缺点是严重影响土壤的结构和地下水所处的生态环境， 缺点是严重影响土壤的结构和地下水所处的生态环境，而且成本非常高 相比较而言，现场生物修复技术不会破坏生态环境， 。相比较而言，现场生物修复技术不会破坏生态环境，但其修复过程非 常缓慢、效率低．不能满足快速修复的需要， 常缓慢、效率低．不能满足快速修复的需要，尤其是在较密实的土壤中 修复所需要的活性微生物、辅助药剂等很难输送至受污染的区域。 ，修复所需要的活性微生物、辅助药剂等很难输送至受污染的区域。
第五章 土壤污染修复技术
1 工程措施
1.1 客土、换土、去表土、翻土 客土、换土、去表土、 换土法就是把污染土壤取走，换入新的干净的土 换土法就是把污染土壤取走， 就是把污染土壤取走 壤。该方法对小面积严重污染且污染物具放射性或 易扩散难分解的土壤是必需的， 易扩散难分解的土壤是必需的，以防止扩大污染范 围，危害人畜健康。对换出的土壤应妥善处理，以 危害人畜健康。对换出的土壤应妥善处理， 防止二次污染。 防止二次污染。
1 工程属及部分有机污染 物，该类方法特别适用于其他方法难以处理的透水性差的粘土类土壤。 该类方法特别适用于其他方法难以处理的透水性差的粘土类土壤。 美国路易斯安那州立大学研制出的方法是： 美国路易斯安那州立大学研制出的方法是：在水饱和的土壤中插 些电极(最好用石墨电极 入—些电极 最好用石墨电极，电极间距和深度根据需要而定 ，通过 些电极 最好用石墨电极，电极间距和深度根据需要而定)， 低强度宜流电(1—5mA)。通电后，阴极附近产生的H+便向土壤毛孔 。通电后，阴极附近产生的 低强度宜流电 移动，并把污染物释放到毛管溶液中。水溶液以电渗透的方式移到阳 移动，并把污染物释放到毛管溶液中。 极附近，并被吸到土壤表层，再清除。 极附近，并被吸到土壤表层，再清除。
1 工程措施
小结 工程措施治理效果最为彻底，稳定，是一种治本措施， 工程措施治理效果最为彻底，稳定，是一种治本措施， 适用于大多数污染物和土壤条件。但投资大，易引起土壤 适用于大多数污染物和土壤条件。但投资大， 肥力减弱，适于小面积的重度污染区。 肥力减弱，适于小面积的重度污染区。 近年来，把其它工业领域，特别是污水、 近年来，把其它工业领域，特别是污水、大气污染治 理技术引入土壤污染治理过程中， 理技术引入土壤污染治理过程中，为土壤污染治理研究开 辟了新途径，如磁分离技术、阴阳离子膜代换法等。 辟了新途径，如磁分离技术、阴阳离子膜代换法等。虽然 多还处于试验探索阶段，但积极吸收、转化新技术、 多还处于试验探索阶段，但积极吸收、转化新技术、新材 料，在保证治理效果的基础上，降低治理成本，提高工程 在保证治理效果的基础上，降低治理成本， 实用性，有着重要的实际意义。 实用性，有着重要的实际意义。
环境修复原理与技术[宝典]
![环境修复原理与技术[宝典]](https://img.taocdn.com/s3/m/84cf6e38443610661ed9ad51f01dc281e43a5652.png)
环境修复原理与技术1.环境修复原理与技术简介环境修复,就是借助外界的作用力,使环境的某个受损的特定对象的部分或全部恢复成为原来初始的状态. 修复(remediation)本来是工程上的一个概念，顾名思义，它是指借助外界作用力使某个受损的特定对象部分或全部恢复到原初状态的过程。
严格说来，修复包括恢复、重建、改建等三个方面的活动。
恢复(restoration)是指使部分受损的对象向原初状态发生改变；重建(reconstruction)是指使完全丧失功能的对象恢复至原初水平；改建(renewal)则是指使部分受损的对象进行改善，增加人类所期望的“人造”特点，减小人类不希望的自然特点。
污染环境的修复技术包括物理方法、化学方法和生物方法等三大类。
其中生物修复方法已成为环境保护技术的重要组成部分。
生物修复是利用生物的生命代谢活动减少存于环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化，使污染了的环境能部分或完全恢复到原始状态的过程。
包括：1.污染土壤的生物修复。
2.污染河流的生物修复。
3.污染湖泊的生物修复。
4.污染地下水的生物修复。
5.污染海洋的生物修复。
6.污染大气的生物修复。
7.固体废物污染的生物修复。
生物修复（Bioremedia tion）是环境工程领域刚刚兴起的一门新技术，用一种或多种微生物来降解土壤中的有机毒物，如农药、石油烃类和有机磷、有机氯等，使这类物质变成无毒的或变成二氧化碳，这个过程国际上叫“生物修复工程”。
目前已成功应用于土壤、地下水、河道和近海洋面的污染治理。
广义的生物修复，指一切以利用生物为主体的环境污染的治理技术。
它包括利用植物、动物和微生物吸收、降解、转化土壤和水体中的污染物，使污染物的浓度降低到可接受的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质，也包括将污染物稳定化，以减少其向周边环境的扩散。
一般分为植物修复、动物修复和微生物修复三种类型。
根据生物修复的污染物种类，它可分为有机污染生物修复和重金属污染的生物修复和放射性物质的生物修复等。
环境修复原理与技术-5 污染环境的植物修复原理
第五章 污染环境的植物修复原理
1
• 5.1概述 • 5.2植物对污染物的修复作用 • 5.3影响植物修复的环境因子 • 5.4有机污染物的植物修复 • 5.5重金属的植物修复 • 5.6放射性核素及富营养化物的植物修复
2
5.1概述
• 5.1.1植物修复的概念和类型
• 植物修复技术：
• 是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染物的 理论为基础，利用植物及其根际圈微生物体系的吸 收、挥发、降解和转化作用来消除环境中污染物的 一门环境污染治理技术。具体地说植物修复就是利 用植物本身特有的利用、分解和转化污染物的作用， 利用植物根系特殊的生态条件加速根际圈的微生态 环境中微生物的生长繁殖，以及利用某些植物的特 殊积累与固定能力，提高对环境中某些无机和有机 污染物的脱毒和分解能力。
18
• 局限性 • 1 .需要光、T、水分等适宜的环境条件，及病、虫草
害的影响； • 2.对于污染程度过重、或污染物分布为植物根系所达
13
（4）植物降解修复
• 利用某些植物特有的转化和降解作用去除水体 和土壤中有机污染物质的一种方式。
• 修复途径主要有两个方面：
A 污染物
植物体 木质化作用
植物组织
矿化为CO2和H2O 无毒或毒性小
如：硝基还原酶和树胶氧化酶可以将弹药废物如TNT分解
B 根分泌的物质直接降解根际圈内有机污染物 如：漆酶对TNT（三硝基甲苯）的降解， 脱卤酶对含氯溶剂如TCE（三氯乙烯）的降解等
11
1583年，Cesalpino首次发 现“黑色的岩石”上生长 的特殊植物，1814年， Desvaux将其命名为 Alyssum bertolonii(庭荠属)， 1848年，Minguzzi和 Vergnano测定该植物叶片 含镍高达7900 mg/kg。
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• 5.1概述 • 5.2植物对污染物的修复作用 • 5.3影响植物修复的环境因子 • 5.4有机污染物的植物修复 • 5.5重金属的植物修复 • 5.6放射性核素及富营养化物的植物修复
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5.1概述
• 5.1.1植物修复的概念和类型
• 植物修复技术：
• 是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染物的 理论为基础，利用植物及其根际圈微生物体系的吸 收、挥发、降解和转化作用来消除环境中污染物的 一门环境污染治理技术。具体地说植物修复就是利 用植物本身特有的利用、分解和转化污染物的作用， 利用植物根系特殊的生态条件加速根际圈的微生态 环境中微生物的生长繁殖，以及利用某些植物的特 殊积累与固定能力，提高对环境中某些无机和有机 污染物的脱毒和分解能力。
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• 局限性 • 1 .需要光、T、水分等适宜的环境条件，及病、虫草
害的影响； • 2.对于污染程度过重、或污染物分布为植物根系所达
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（4）植物降解修复
• 利用某些植物特有的转化和降解作用去除水体 和土壤中有机污染物质的一种方式。
• 修复途径主要有两个方面：
A 污染物
植物体 木质化作用
植物组织
矿化为CO2和H2O 无毒或毒性小
如：硝基还原酶和树胶氧化酶可以将弹药废物如TNT分解
B 根分泌的物质直接降解根际圈内有机污染物 如：漆酶对TNT（三硝基甲苯）的降解， 脱卤酶对含氯溶剂如TCE（三氯乙烯）的降解等
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1583年，Cesalpino首次发 现“黑色的岩石”上生长 的特殊植物，1814年， Desvaux将其命名为 Alyssum bertolonii(庭荠属)， 1848年，Minguzzi和 Vergnano测定该植物叶片 含镍高达7900 mg/kg。
环境修复原理与技术污染环境的植物修复原理课件
生态效益评估
评估植物修复对土壤、水体和生物多 样性的影响，确保修复活动对生态环 境产生积极影响。
经济效益评估
分析植物修复的成本效益，探索降低 修复成本、提高经济效益的途径和方 法。
THANKS
感谢观看
REPORTING
案例
如印度芥菜和向日葵等植物对有机污 染物的降解效果显著，可用于有机污 染土壤的修复。
放射性核素污染的植物修复技术
放射性核素
指具有放射性的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ素，如铀、钚、铯 等。
植物修复原理
利用某些植物对放射性核素的吸收和 固定能力，将放射性核素从土壤中去 除或降低其浓度。
技术方法
包括植物提取、植物稳定和植物挥发 等。
工业区土壤污染的植物修复案例
总结词
工业区土壤污染的植物修复案例主要针对的是由工业 生产活动产生的污染物导致的土壤污染问题。
详细描述
工业区土壤污染通常包括重金属、石油、有机溶剂等污 染物。植物修复技术通过种植对特定污染物具有较强吸 收和富集能力的植物，如向日葵、芦苇等，将这些植物 种植在污染土壤中，利用其根系吸收和积累污染物，并 通过收获植物或利用其分解作用将污染物从土壤中去除 。例如，在某石油泄漏污染场地，种植了大量芦苇，通 过芦苇的吸收和分解作用，成功地降低了土壤中的石油 污染物含量。
未来展望
未来，环境修复将更加注重综合治理和预防措施的结合，推动环境修复与生态建设、资源循环利用的有 机结合，为建设美丽中国和地球家园作出更大的贡献。
PART 02
植物修复原理
REPORTING
植物修复定义
植物修复是指利用植物及其根际微生 物体系，对土壤和地下水中的污染物 进行吸收、降解和去除的过程。
矿山土壤污染的植物修复案例
评估植物修复对土壤、水体和生物多 样性的影响，确保修复活动对生态环 境产生积极影响。
经济效益评估
分析植物修复的成本效益，探索降低 修复成本、提高经济效益的途径和方 法。
THANKS
感谢观看
REPORTING
案例
如印度芥菜和向日葵等植物对有机污 染物的降解效果显著，可用于有机污 染土壤的修复。
放射性核素污染的植物修复技术
放射性核素
指具有放射性的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ素，如铀、钚、铯 等。
植物修复原理
利用某些植物对放射性核素的吸收和 固定能力，将放射性核素从土壤中去 除或降低其浓度。
技术方法
包括植物提取、植物稳定和植物挥发 等。
工业区土壤污染的植物修复案例
总结词
工业区土壤污染的植物修复案例主要针对的是由工业 生产活动产生的污染物导致的土壤污染问题。
详细描述
工业区土壤污染通常包括重金属、石油、有机溶剂等污 染物。植物修复技术通过种植对特定污染物具有较强吸 收和富集能力的植物，如向日葵、芦苇等，将这些植物 种植在污染土壤中，利用其根系吸收和积累污染物，并 通过收获植物或利用其分解作用将污染物从土壤中去除 。例如，在某石油泄漏污染场地，种植了大量芦苇，通 过芦苇的吸收和分解作用，成功地降低了土壤中的石油 污染物含量。
未来展望
未来，环境修复将更加注重综合治理和预防措施的结合，推动环境修复与生态建设、资源循环利用的有 机结合，为建设美丽中国和地球家园作出更大的贡献。
PART 02
植物修复原理
REPORTING
植物修复定义
植物修复是指利用植物及其根际微生 物体系，对土壤和地下水中的污染物 进行吸收、降解和去除的过程。
矿山土壤污染的植物修复案例
有机污染物的植物修复-PPT精品文档
根系分布 许多植物根系分布很窄,穿透的深度受土壤条件 和土壤结构的影响。Blaylock等（2019）用芥菜型油菜（ Brassica juncea）提取土壤中的Pb 污染物时,其深度最多只 能达到15 cm ,而Pb 的移动范围在15～45cm。但在有些情 况下,根的深度可达110 cm ,并扩展到高浓度的污染物的土 壤中。修复过程发生时植物根系必须和污染物接触,所以根 系金属污染物的植物根系分布在土壤表层,这对植 物修复的效果会产生影响。 污染物浓度和滞留时间 柳树(Salix nigra) 能降解除草剂 Bentazon ,但当除草剂的浓度太高时,会对植物产生毒害,使 植物无法生长或引起植物生长的衰退。Conger等（2019） 指出浓度在1 000～2 000 mg· kg时,Bentazon 对6 种植物产 生毒害。土壤中存留几年的污染物的生物获取量比新鲜污 染物要少的多,降低植物的修复功效（Bruce 2019）。
植物促进根际微生物对有机污染物的转化作用，已被 很多研究所证实。植物根际的菌根真菌与植物形成共生作
用，有其独特的酶途径，用以降解不能被细菌单独转化的
有机物。植物根际分泌物刺激了细菌的转化作用，在根区 形成了有机碳，根细胞的死亡也增加了土壤有机碳，这些
有机碳的增加可阻止有机化合物向地下水转移，也可增加
植物种类
Paterson 等（1990）发现有88 种植物能有效吸
收和富集70 余种有机污染物;Bellin 和O′Connor（1990）发 现有些植物对重金属的耐受性特别高,其体内重金属含量是 同类土壤上其他植物的100 倍或1000倍。如果能找到或驯化 出这种植物(超富集植物),植物修复效率将大幅提高。遏蓝 菜属植物Thlaspirotundifolium spp. cepaeifolium是已知的唯一 能富集Pb 的植物。 不同植物甚至同一种植物的亚种或变种所产生的分泌物 和酶的种类、数量、功效是不同的,这对植物修复的功效产 生一定的影响。经基因工程改造的植物能显著提高修复的功 效。如改造的拟南芥菜和烟草在能杀死未改造种的Hg2+浓度 下存活,并把有毒的Hg2+变为低度的单质Hg 挥发掉。
环境修复工程第5章 污染土壤的植物修复工程
2020年4月8日5时54分
环境修复工程
第11页
第5章 污染土壤的植物修复工程
5.2 植物对污染物的修复原理
植物修复作用原理如图 5-2所示，主要是通过植物 自身的光合（ Photosynthesis）、呼吸（ Respiration）、蒸腾 (Transpiration)和分泌 (Secretor分解、挥发、 固定等过程使污染物达到 净化和脱毒的修复效果。
2020年4月8日5时54分
环境修复工程
第9页
第5章 污染土壤的植物修复工程
鉴于植物修复的一些特性，其又存在以下两方面的问题：
（1）具有不确定性和多学科交叉性
修复植物的正常生长需要光、温、水、气、热等适宜的环境因素，同时也会受到病、虫、 草害的影响，这就决定植物修复的影响因素很多，具有极大的不确定性；植物以及微生物的生 命活动十分复杂，要使植物修复达到比较理想的效果，就要运用植物学、微生物学、植物生理 学、植物病理学、植物毒理学、作物栽培学与耕作学、作物育种学、植物保护学、基因工程和
一方面，通过耐性植物根系分泌物质来积累和沉淀根际圈附近的污染物质，使之失去生 物有效性，以减少其毒害作用。另一方面，利用耐性植物在污染土壤上的生长来减少污染土 壤的风蚀和水蚀，防止污染物质向下迁移或向四周扩散污染地下水和周围环境。能起到上述 两种作用或两种作用之一的植物通常称为固化植物，这一类植物尽管对污染物质吸收积累量 并不是很高，但它们可以在污染物质含量很高的土壤上正常生长。这方面的研究也是偏重于 重金属污染土壤的固定/稳定化修复，如废弃矿山的复垦工程，铅、锌尾矿库的植被重建等。
2020年4月8日5时54分
环境修复工程
第13页
第5章 污染土壤的植物修复工程
2.植物排泄(Plant excretion)
环境修复原理与技术课程复习 精品
沉淀循环(钙、钾、纳、磷等盐类的循环)
生物富集作用：生态系统中同一营养级上众多种群或个体，从 环境中积蓄某种元素或难于分解的化合物，致使 生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象
如DDT的富集
魏能俊 主讲教师：唐龙
环境修复原理与技术
微生物修复定义：生物修复的狭义定义利用微生物催化降解 污染物，从而修复被污染环境或消除环境中的污染物的过程； 即利用土著微生物或引入微生物的代谢过程或其产物，消除或富集 污染物的生物学过程
下，与污染物结合成为稳定、难溶物质，
魏能俊 主讲教师：唐龙
环境修复原理与技术
化学氧化修复原理 向污染环境中加入化学氧化剂，依靠化学氧化剂的氧化能力，分解 破坏污染环境中污染物的结构，使污染物降解或转化为低毒、 低移动性物质 化学还原修复原理 向污染环境中加入化学还原剂，依靠还原剂的还原能力， 分解 破坏污染环境中污染物的结构，使污染物降解或转化为 低毒、 低移动性物质
循环再利用；技术包括过滤、压滤、离心和沉淀
魏能俊 主讲教师：唐龙
环境修复原理与技术
蒸气浸提修复的原理
利用可挥发性污染物在固相、液相和气相介质
之间的浓度梯度，在形成气压差的条件下，将
污染物 转化为气态后排出环境。基础是污染物 的挥发性，被污染环境与大气之间的气压差可 由负压引导形成或正压形成
魏能俊
主讲教师：唐龙
魏能俊 主讲教师：唐龙
环境修复原理与技术
电动力学修复原理
利用插入污染环境中的正负电极，使污染环境具备低压电场，
水溶性的或吸附在固体颗粒表层的污染物根据各自所带电荷的不同
向不同的电极方向运动：阳离子与水向阴极附近移动、而阴
离子向阳极移动，进而打破污染物与介质的结合键后，水流携带
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5.2植物对污染物的修复作用
（2）植物排泄 • 向外排泄体内多余的物质和代谢物质（排泄物 或挥发的形式） • 植物排泄途径： ①经过根吸收后，再经叶片或茎等地上器官排出 去(如汞、硒等）。 ②叶片吸收后，根排泄。 ③ 去旧生新
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（3）植物积累 • 进入植物体内的污染物质虽可经生物转化过程 成为代谢产物经排泄途径排出体外，但大部分 污染物质与蛋白质或多肽等物质具有较高的亲 和性而长期存留在植物的组织或器官中，在一 定的时期内不断积累增多而形成富集现象，还 可在某些植物体内形成超富集。
3
• 广义的植物修复包括利用植物修复重金 属污染的土壤、利用植物净化空气和水 体、利用植物清除放射性核素和利用植 物及其根际微生物共存体系净化土壤中 的有机污染物。 • 目前植物修复主要指利用植物及其根际 圈微生物体系清洁污染土壤，其中利用 重金属超积累植物的提取作用去除污染 土壤中的重金属又是植物修复的核心技 术。因此，狭义的植物修复技术主要指 利用植物清除污染土壤中的重金属。
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5.4 有机污染物的植物修复
5.4.1 植物对有机污染物的修复作用（三种机制）
直接吸收 和降解
酶的作用
根际的生 物降解
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（1）直接吸收和降解
• 植物根－中度憎水性有机物吸收好:0.5≤lg Kow ≤3.0
• Kow是有机化合物在辛醇和水两相平衡浓度之比。辛 醇对有机物的分配与有机物在土壤有机质的分配极为 相似，
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1583年，Cesalpino首次发 现“黑色的岩石”上生长 的特殊植物，1814年， Desvaux将其命名为 Alyssum bertolonii(庭荠属)， 1848年，Minguzzi和 Vergnano测定该植物叶片 含镍高达7900 mg/kg。
1977年，Brooks将这类植物命名为“超富集植 物”(hyperaccumulator)。1983年，Chaney提出 利用植物提取土壤中的污染物，通过收割植物带 走土壤中污染物的设想。 12
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5.2植物对污染物的修复作用
• 修复原理：主要是通过植物自身的光合、 呼吸、蒸腾和分泌等代谢活动与环境中的 污染物质和微生态环境发生交互反应，从 而通过吸收、分解、挥发、固定等过程使 污染物达到净化和脱毒的修复效果。
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5.2.1 植物吸收、排泄与积累
（1）植物吸收 • 植物为了维持正常的生命活动，必须不断 地从周围环境中吸收水分和营养物质。 • 植物具有广泛吸收性，除对少数几种元素 表现出选择性吸收外，对不同的元素来说 只是吸收能力大小不同而已。
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龙舌兰：在10平方米左右的 房间内，可消灭70％的苯、 50％的甲醛和24％的三氯 乙烯
芦荟：在24小时照明的条 件下，可以消灭1立方米空 气中所含的90％的甲醛。
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植物促进(Phytoaccumulation)
• 也称之为植物提取(phytoextraction) ,植物根系 将土壤中重金属或有机污染物从污染的土壤中转 移到植物的地上部分。一般指那些能累积超过叶 子干重1.0%的Mn，或者0.1%的Co、Cu、Pb、Ni、 Zn，或者0.01%的Cd的植物。目前世界上有500多 种这样的植物。
• 优势
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• 局限性 1 .需要光、T、水分等适宜的环境条件，及病、虫草害 的影响； 2.对于污染程度过重、或污染物分布为植物根系所达不 到，甚至不适于植物生长的污染土壤或水体的修复 并不适用； 3.对于复合污染土壤或水体，采用一种修复植物或几种 修复植物相结合的修复方式往往也难以达到修复要 求； 4.修复周期较长，难以满足快速修复污染环境的需求。
第五章 污染环境的植物修复原理
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• • • • • •
5.1概述 5.2植物对污染物的修复作用 5.3影响植物修复的环境因子 5.4有机污染物的植物修复 5.5重金属的植物修复 5.6放射性核素及富营养化物的植物修复
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5.1概述
• 5.1.1植物修复的概念和类型 植物修复技术： • 是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染物的 理论为基础，利用植物及其根际圈微生物体系的吸 收、挥发、降解和转化作用来消除环境中污染物的 一门环境污染治理技术。具体地说植物修复就是利 用植物本身特有的利用、分解和转化污染物的作用， 利用植物根系特殊的生态条件加速根际圈的微生态 环境中微生物的生长繁殖，以及利用某些植物的特 殊积累与固定能力，提高对环境中某些无机和有机 污染物的脱毒和分解能力。
生态修复
图5-1 植物修复与生物修复的关系及主要修复方式
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植物修复的类型
植物净化空气 植物提取修复 植物挥发修复 植物降解修复 根际圈生物降解修复 植物固定/稳定化修复
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（1）植物净化空气
吸滞放射性物质 吸收有害气体
减弱噪声
净化空气
滞尘
吸收CO2
除菌和杀菌
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• 植物修复在空气污染中的应用 氮氧化物NxOy是污染空气的一类主要化合物， NO2同O3在光照的条件下容易形成光化学烟雾，N2O 是一种能引起温室效应的气体，它可以辐射传热, 破坏同温层的O3。某些植物将氮氧化物转化为氨基 酸或以其为氮源加以利用, 利用这些植物去除空气 中的氮氧化物无疑是环保节能的好方法 。
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（2）氧化还原电位Eh • 重金属在不同的氧化还原状态下，有不同的形 态且可互相转化。 • Cd：在还原条件下，有机结合态Cd最稳定，但 在氧化条件下，有机结合态镉则被转化为生物可 利用的水溶态、可交换态或溶解络合态而释放到 水体中，并随Eh增大，其释放量增多。
29
• (3)共存物质 • 可改变重金属的存在状态：
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• 用富集系数来表征植物对某种元素或化合物的积累能力，
富集系数（BCF）=植物体内某种元素含量/土壤中该种 元素含量
• 用位移系数来表征某种重金属元素或化合物从植物根部到 植物地上部的转移能力，即
位移系数（TF）=植物地上部某种元素含量/植物根部该种元 素含量 富集系数越大，表示植物积累该种元素的能力越强。 位移系数越大，说明植物由根部向地上部运输该元素能 力越强，利于植物提取修复。 当植物吸收和排泄的过程呈动态平衡时，植物虽然仍以某种 微弱的速度在吸收污染物质，但在体内的积累量已不再增 加，而是达到了一个极限值，叫临界含量，此时的富集系 24 数称为平衡富集系数。
• 络合-螯合剂：与可溶态金属结合，防止金属沉淀 或吸附在土壤上，增加重金属的移动性和植物利 用性。同时，被吸附态和结合态的金属离子溶解
如，土壤中植物吸收Pb的能力很低→→土壤中加入 络合剂（EDTA）→→增加植物根对Pb的吸收能力
富里酸对结合态汞有较强的吸附能力，易于促进矿 物汞由固定结合态向有机溶解态转化，而被植物 吸收。
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• （5）污染物间的复合作用 • 多种污染物－复合污染，拮抗和促进 • （6）植物激素 • 植物体内合成的，对植物生长发育产生明显调节作用 的微量生理活性物质。 • （7）生物因子 • 菌根真菌－增加生长，降低土壤中的重金属含量等。
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（8）温度 • 温度首先会影响水生植物的生长， 温度还会 影响水体重金属离子的活性，以及水体悬浮泥沙、 底泥对重金属的吸附，进而影响植物的吸收。
脱卤酶对含氯溶剂如TCE（三氯乙烯）的降解等
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（5）根际圈生物降解修复
• 根系降解(Rhizodegradation) 植物中超过20%的营养成分如糖分、氨基酸、 有机酸等都聚集在根部, 因此会生长很多微生物, 尤其在根表面向外1~3mm 的地方, 这些微生物是 没有种植过植物的土壤的3~4 倍。一些微生物可 以同植物相结合促进重金属的降解, 也可以矿化 某些有机污染物如PAHs、PCBs。 植物
• 根系释放到土壤中的酶的直接降解作用。
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植物固定(Phytostabilization
• 利用植物将有毒有害污染物如重金属聚集在 根系地带, 降低其活动性, 阻止其向深层土 壤或地下水中扩散, 但并不为植物利用, 即 根系对污染物起固定作用。
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5.1.2 植物修复的优势及存在的问题
• 与传统的修复技术相比, 植物修复是一种容易接受、 成本低、技术要求低的修复方法, 它可应用于空气、 地表水、地下水、土壤中污染物的修复。植物修复 技术可清除的污染物包括无机污染物如氮、磷、重 金属等;有机污染物如农药、炸药、有机氯化物、杀 虫剂、除草剂等。
• ＞3.0憎水，根部吸附紧密，不易进入植物体内； ＜0.5，亲水，不易与根部吸附，不易进入植物体
• 苯系物，氯代溶剂，短链脂肪族化合物
• 植物吸收后－木质化作用新的组织中 • • 矿化－二氧化碳和水 挥发
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（2）酶的作用 • 植物对有机污染物的吸收强度－比无机物低
• 主要靠－根系分泌物对有机物的污染产生的配 合和降解等作用；
水分 养料
微生物体系
降解有机物的原料(共代谢的原料）
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根分泌物质
利用水生植物去除由氮、磷等无机营养元素引 起的水体富营养化问题已有大量研究。 种植莲藕、水稻既可以去除氮、磷, 又有很好 的经济价值；被制成浮床的大椿草、水芹、多花黑 麦草等对去除水体中的氮、磷和抑制藻类滋生均有 明显的作用。这些植物发达的根系及与根系共生或 混生的微生物往往共同对水环境起着净化作用。
植物挥发(Phytovolatilization) • 某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组织空 隙中挥发。如桉树降解三氯乙烯(TCE)、甲基叔丁 基醚(MTBE)，印度芥菜降解硒化合物；烟草挥发甲 基汞。从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的活 性羟基分解。如有毒的Hg2+经植物挥发后变成了低 毒的Hg，高毒的硒变成了低毒的硒化物气体等。
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• 植物修复应用范围： a. 利用植物修复重金属污染的土壤 b. 利用植物净化空气和水体 c. 利用植物清除放射性核素 d. 利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中 的有机污染物