污染土壤的植物修复
土壤重金属污染的植物修复
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目录
• 引言 • 土壤重金属污染概述 • 植物修复技术原理与特点 • 植物种类选择与育种策略
目录
• 田间试验设计与实施方法 • 案例分析与经验分享 • 挑战与展望
01
引言
背景与意义
土壤重金属污染现状
随着工业化和城市化的快速发展，土 壤重金属污染问题日益严重，对生态 环境和人类健康构成巨大威胁。
和新技术成果。
04
启示二：加强国际合作与交流 是促进植物修复技术发展的重 要途径。我们应积极参与国际 交流与合作活动，学习借鉴国 际先进经验和技术成果，推动 我国植物修复技术的跨越式发
展。
07
挑战与展望
当前面临主要挑战和问题
植物修复效率
目前已知的超富集植物通常生长 缓慢，生物量小，修复效率低， 难以满足大面积土壤修复的需求
植物修复技术优缺点分析
• 社会可接受度高：植物修复技术符合公众对环保和可 持续发展的期望，易于获得社会认可和支持。
植物修复技术优缺点分析
1 2
修复周期长
植物修复技术通常需要较长时间才能显著降低土 壤中的重金属含量，难以满足紧急治理需求。
受环境条件限制
植物生长受土壤、气候等环境因素影响较大，可 能导致修复效果不稳定或难以达到预期目标。
，同时增加生物量，以提高植物修复效率。
植物-微生物联合修复
02
利用植物与微生物的协同作用，强化重金属的活化、吸收和转
运过程，提高修复效果。
农业措施辅助
03
结合合理的农业措施，如施肥、灌溉、耕作等，改善土壤环境
，提高植物修复的效率。
政策法规支持和科技创新推动
政策法规支持
应用于重金属污染土壤植物修复中的植物种类
应用于重金属污染土壤植物修复中的植物种类在重金属污染土壤植物修复中，有多种植物种类被广泛应用。
这些植物主要通过吸收、富集和转化重金属来降低土壤中的重金属含量。
以下是一些常见的植物种类：1. 印度芥菜：这种植物能够吸收铅、镉、锌等重金属，并将其储存在叶片和根部。
印度芥菜生长迅速，生物量大，因此具有较高的修复效率。
2. 柳树：柳树对多种重金属具有较高的耐受性和富集能力，如铅、镉、铜等。
柳树生长迅速，根系发达，可以吸收大量的重金属。
3. 杨树：杨树对铅、镉等重金属具有较强的富集能力，可以用于修复重金属污染的土壤。
杨树生长迅速，生物量大，可以持续吸收和富集重金属。
4. 芦苇：芦苇是一种常见的水生植物，可以用于修复受重金属污染的湿地和水体。
芦苇对铅、镉等重金属具有较强的吸收和富集能力。
5. 紫云英：紫云英是一种草本植物，对铅、锌等重金属具有较强的富集能力。
紫云英可以作为土壤改良剂使用，提高土壤质量，降低重金属含量。
6. 狗牙根草：狗牙根草是一种常见的草坪草种，对铅、镉等重金属具有较强的耐受性和富集能力。
狗牙根草可以用于修复受重金属污染的土壤和水体。
7. 苎麻：苎麻对铅、锌等重金属具有较强的富集能力，可以用于修复受重金属污染的土壤。
苎麻生长迅速，生物量大，可以持续吸收和富集重金属。
8. 狼尾草：狼尾草对多种重金属具有较高的耐受性和富集能力，可以用于修复受重金属污染的土壤和水体。
狼尾草生长迅速，根系发达，可以吸收大量的重金属。
除了上述植物种类外，还有多种其他植物也被用于重金属污染土壤的植物修复中，如向日葵、油菜等。
这些植物种类具有不同的特点和优势，可以根据具体情况选择适合的植物种类进行修复。
土壤有机污染植物修复的机理与影响因素
土壤有机污染植物修复的机理与影响因素一、本文概述随着工业化和城市化的快速发展，土壤有机污染问题日益严重，对生态环境和人类健康造成了严重威胁。
植物修复作为一种绿色、环保的修复技术，近年来受到了广泛关注。
本文旨在深入探讨土壤有机污染植物修复的机理与影响因素，以期为实际应用提供理论支持和技术指导。
本文将概述土壤有机污染的现状与危害，阐述植物修复技术在解决这一问题上的重要性和紧迫性。
随后，将详细介绍植物修复的基本原理，包括植物对有机污染物的吸收、转化和降解等过程，以及植物与微生物、土壤环境之间的相互作用。
在此基础上，本文将重点分析影响植物修复效果的关键因素，如植物种类、污染物性质、土壤条件等，并探讨如何通过优化这些因素提高植物修复效率。
本文还将关注植物修复技术的实际应用情况，包括国内外的研究进展、成功案例以及存在的问题和挑战。
通过对这些内容的梳理和评价，旨在为植物修复技术的进一步发展和优化提供有益参考。
本文将展望植物修复技术在未来土壤有机污染治理领域的应用前景，并提出相应的建议和对策，以期为我国土壤环境保护和生态文明建设贡献力量。
二、土壤有机污染的来源与危害土壤有机污染主要来源于人类活动，包括农业活动、工业排放、城市生活垃圾以及交通运输等。
农业活动中，过量使用化肥、农药和畜禽养殖产生的废弃物是土壤有机污染的主要来源之一。
工业排放中，含有大量有机污染物的废水、废气若未经处理或处理不当直接排入环境，会对土壤造成严重污染。
城市生活垃圾的不合理处理，如直接填埋，也会导致土壤有机污染。
交通运输产生的油污、泄漏的燃油等也会对土壤造成污染。
土壤有机污染的危害是多方面的。
有机污染物可能破坏土壤结构，影响土壤通气、透水性能，降低土壤肥力。
有机污染物可能通过食物链进入生物体，对人类和其他生物的健康构成威胁。
例如，某些有机污染物具有致癌、致畸、致突变等作用。
有机污染还可能影响土壤微生物的活性，破坏土壤生态平衡。
因此，土壤有机污染问题亟待解决，而植物修复作为一种绿色、环保的修复技术，在土壤有机污染治理中具有重要的应用前景。
土壤污染治理中的植物修复技术
土壤污染治理中的植物修复技术随着人类活动的不断增加和技术的进步，土壤污染问题日益突出。
因此，积极探索和开发新技术治理土壤污染非常重要。
植物修复技术是一种环保、经济、有效的治理土壤污染的技术，其特点是能够提高土壤的生物多样性，促进土壤的自然修复过程。
本文将介绍植物修复技术的理论基础、应用实践和研究进展。
一、植物修复技术的理论基础植物修复技术是利用具有吸附污染物、分解污染物和稳定土壤结构的能力的植物物种在污染地区进行生物修复的过程。
植物修复技术的理论基础主要在于以下几个方面：1. 植物物种的选择植物的生长适应性和对污染物的生物吸附和分解能力对于修复的效果至关重要。
因此，选择对污染物敏感并且具有良好修复效果的植物物种非常重要。
2. 植物生长的影响因素植物生长的影响因素主要包括土壤中的营养物质、微生物和水分等。
调节这些因素可以有效地促进植物的生长和修复效果。
3. 植物与土壤的相互作用植物与土壤之间的相互关系非常重要。
植物的根系可以促进土壤结构的稳定，并提供生物和物理学的微环境，促进污染物的吸收、分解和稳定。
植物修复技术在国内外已经得到广泛应用。
在实际应用中，植物修复技术通常包括以下几个阶段：1. 前期调查和评估前期调查和评估是植物修复技术的一个重要阶段。
通过现场调查和土壤测试等方式确定污染程度和类型，并选择适合的植物进行修复。
2. 植物导入为了实现植物修复的目的，需要选择具有吸附、分解和稳定污染物能力的植物进行导入。
导入时需要选择适合地区的植物，并根据需求进行合理的排列。
3. 生长和监测植物在污染地区生长需要持续的监测和管理。
监测包括土壤生物、化学和物理学的变化，以及植物的生长状态等。
根据监测结果对植物修复策略进行调整和优化。
4. 筛选筛选包括对植物生长成活率和修复效果等方面的考察和评估。
根据筛选结果确定适宜的植物种类和使用规模。
植物修复技术的研究进展主要分为以下几个方面：目前，对植物与土壤的相互作用及植物生长机理的研究已经取得了较大的进展。
土壤污染治理中的植物修复技术
土壤污染治理中的植物修复技术
土壤污染是当前环境问题中的一个重要课题，对于土壤污染的治理，除了传统的物理、化学方法之外，植物修复技术也越来越受到关注。
植物修复技术利用植物的生长特性和生
理代谢过程，通过植物的根系、茎叶等部位对土壤中的有毒有害物质进行吸收、吸附、转
化和降解，从而达到净化土壤的目的。
植物修复技术的本质是利用植物的生物吸附、生物转化和生物降解等功能，将有毒有
害物质吸收到植物体内，并通过植物的生物代谢过程将其转化为无毒或低毒的物质。
植物
修复技术有很多种，下面将介绍几种常见的植物修复技术。
首先是植物吸附技术，通过植物的根系、茎叶等部位对土壤中的有毒有害物质进行吸附。
一些植物如铜毛杨、柳树等对重金属离子具有较高的亲和力，能够将土壤中的重金属
吸收到体内，从而减少其在土壤中的残余和迁移。
其次是植物菌根技术，植物菌根与菌根真菌共生关系密切，菌根真菌与植物根系形成
一个菌根网状结构，能够在土壤中扩大植物根系的吸收面积，并能够通过菌根真菌的生物
降解功能将土壤中的有机物质降解为无毒或低毒的物质。
还有植物生物转化技术，通过植物的生物代谢过程将有毒有害物质转化为无毒或低毒
的物质。
一些植物如紫花苜蓿、大豆等能够通过菌根菌株和自身的生物代谢功能将土壤中
的苯乙烯等有机污染物质转化为二氧化碳和水。
植物修复技术是一种环保、经济、可持续的土壤污染治理方法，可以减轻人工处理的
压力，并且对于保护生态环境具有重要意义。
植物修复技术的应用还面临一些挑战，如不
同类型土壤对植物修复的适应性差异、修复效果的不稳定性等问题，需要进一步研究和改进。
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
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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。
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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。
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第5章 污染土壤的植物修复工程
2.植物排泄(Plant excretion)
五种具有土壤修复功能的植物
五种具有土壤修复功能的植物科学研究发现，重金属和矿物油是对土壤造成污染呢伤害的最重要两个物质，如果我们不进行土地的保护，我们人类自古以来赖以生存的土地有可能会变成废土，将不再适合人类居住，也不能提供我们人类生存所需的物质。
科学家们一直在寻找一些能修复土壤的植物，现在已经有了一些可喜的成绩。
下面是5中可以修复土壤的植物介绍。
1.印度芥菜正如国际期刊《分子科学》发表的一样，重金属不仅影响工业区，还会污染土地，影响人们的身体健康。
十字花科物种对聚集特定的金属很有效，同时过程中还会产生大量的生物质，而印度芥菜居于首位。
它比其他物种能移除3倍多的镉，减少28｛bf｝的铅，硒的减少量高达48｛bf｝，而且在对抗锌、汞和铜上也很有效。
但我们不知道的是在80年代，人们利用印度芥菜从切尔诺贝利中移除了反射性的Cs137（用于乌克兰切尔诺贝利放射铯污染土壤的植物修复）。
2.柳树喜水植物美化景观，但不应该只局限于它们的外表。
它们同样具有植物修复的功能：它们的根部功能强大，比印度芥菜聚集重金属的水平较低，而且也能处理镉、镍和硒，在像柴油污染区域这样的重金属里存活。
你可能会记得阿姆斯特丹的Westergasfabriek花园，通过水池和水植物园展示了柳树的休闲性和修复特性。
3.杨树杨树对土壤和地下水的有利影响获得了广泛地研究。
它们的秘密在于根部系统，能占有大量的水。
根据国家环境健康科学机构的研究，氯化溶剂如三氯乙烯或是致癌的四氯化碳都是有机污染物，但杂交杨树能很好地应对。
更重要的是，加拿大生物修复方法数据库——PhytoPet（水生和陆生生态系统的生物修复功能）标记杨树能降解石油烃，如苯、甲苯和邻二甲苯。
4.印度草在研究中看到了美国中西部本土植物怎样使其周围的土壤和地下水受益的情况。
许多人能够发现印度草一直沿着路边生长，忽视了其降解普通农化学品残余物的能力，如杀虫剂和除草剂。
印度草是PhytoPet划分的9个禾本家庭成员之一，用来修复石油烃。
植物修复在农田土壤污染修复中的应用研究
植物修复在农田土壤污染修复中的应用研究植物修复技术是一种利用植物的生理作用和代谢机制，通过植物本身的生长和代谢活动将环境中的有害物质转化、固定或降解的一种方法。
近年来，植物修复技术在农田土壤污染治理中取得了显著的成效。
本文将就植物修复技术在农田土壤污染修复中的应用进行研究与讨论。
一、植物修复技术的原理植物修复技术是基于植物的生态修复能力，通过植物根系、根际和根部微生物，调控土壤中的化学物质和生物有机体，达到净化土壤的目的。
植物修复技术主要包括吸收和积累有害物质、干扰物质迁移、降解有机物质和改良土壤结构等作用。
植物修复过程中，植物通过吸附、积累和转运等方式将有害物质从土壤中吸收，并通过根际微生物的作用，将有害物质转化为无害物质或降解为较低毒性的物质，同时通过植物的根际分泌物改变土壤环境，促进土壤中有害物质的迁移和降解。
植物修复技术是一种天然高效的土壤污染修复方法，具有环境友好、成本低、可持续等优势。
二、植物选择与调控在农田土壤污染修复中，植物的选择对修复效果至关重要。
适宜的植物选择需考虑其对有害物质的吸收能力、适应性和生长快慢等因素。
通常选择具有快速生长、耐污性强、抗胁迫能力高的植物作为修复植物。
常用的修复植物包括一些耐污植物如苦草、菊芋，以及一些高积累植物如剑麻、芦苇等。
同时，通过合理调节土壤环境pH值、温度和湿度等条件，促进植物根系的发育和根际微生物的活动，加快有害物质的吸附、降解和转化过程，提高修复效率。
三、修复技术的具体应用植物修复技术在农田土壤污染修复中有着广泛的应用。
具体而言，可以通过两种途径进行修复：一是利用植物的吸收能力，将有害物质富集于植物体内，达到转移有害物质的目的；二是通过植物根系周围的土壤微生物降解和转化有害物质。
例如，可以利用剑麻等高积累植物修复重金属污染的农田土壤，通过其根系吸附和积累重金属，减少土壤重金属含量。
另外，植物修复技术还可以应用于农药和有机污染物的治理。
在传统的农业生产中，农药的使用量较大，导致土壤中农药残留的问题，而利用耐污植物如苦草、菊芋等进行修复，可以显著降低土壤中农药残留的浓度。
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经植物修复的土壤，其有机质含量和土壤肥力都会增加，一般适于农作物种
植，符合可持续发展战略
重金属超积累植物所积累的重金属在技术成熟时可进行回 收，从而也能创造一些经济效益
植物修复的过程也是绿化环境的过程，易于被社会所接受
植物修复成本低，可以在大面积污染土壤上使用
从技术应用过程来看，植物修复是可靠的、环境相对安全
(Alyssumberbolonii)干物质中含Ni量达1%,而灰分中达 10%。 早期的探矿者曾利用寻找指示植物的方法比地质学家更 早发现特定的矿床所在。而植物指示法在美国和俄罗斯 发现铀矿中曾起着重要作用。
植物修复的对象
植物修复主要针对土壤或水体中的无机和有机污染 物，这些污染物包括
重金属（Cd、Cr(Ⅵ)、Pb、Co、Cu、Ni、Zn、As）
污染土壤的植物修复ห้องสมุดไป่ตู้
植物对土壤退化污染的修复作 用
我国土壤污染的现状
造成土壤污染的原因很多，如工业污泥、垃圾农 用、污水灌溉、大气中污染物沉降，大量使用含 重金属的矿质化肥和农药等等
污染的严重危害
灌溉水源中的镉、 汞、铜、锌等重金 属一旦进入土壤， 就会被农作物吸收， 从而残留在农产品 中。受污染的水源 和农作物还会危及 畜禽健康，使畜禽 产品受到污染
吸收
修复植物
分泌 排泄
挥发
根圈
游离离子
水溶性螯合物
交换态污染物
难吸收态污染物
植物对根际圈污染物吸收、排泄与积累的关系
植物萃取（phytoextraction）
利用能耐受并能积累污染 物的植物吸收土壤环境中
的污染物，将它们输送并
贮存在植物体的地上部分。 是目前研究最多并且最有 发展前景的植物修复技术。
植物修复的优势与特点
利用植物提取、挥发、降解作用可以永久性地解决土壤污染问题 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
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
可以尽可能少的减少由于土壤清洁造成的土壤破坏，对环境扰动少，减少来
变废为宝
如美国Viridian环境公司用植物修复技 术净化镍污染土壤，每年可以从金属镍 的回收中获取2500美元/公顷的收益。
植物稳定（phytostabilization）
植物稳定：利用耐污染物植物 降低土壤中有毒污染物的移动 性，从而减少污染物被淋滤到 地下水或通过空气扩散进一步 污染环境的可能性。 如Cunningham等等研究了植物 对环境中土壤Pb的固定，发现 一些植物可降低Pb的生物可利 用性，缓解Pb对环境中生物的 毒害作用。
生物浓缩放大，化学定时炸弹
污染物会被生 物浓缩放大， 污染物暂时没 显示危害，是 化学定时炸弹 还没有爆 炸 ——治理 迫在眉睫
植物修复（Phytoremediation）
是指利用绿色植物移除环境中的污染物或使这些污染物变 为无害。近年来，一系列的研究发现以及各学科的交叉研 究使得植物修复这一研究领域发展成为一种潜在的、低费 用和无污染的治理环境污染的新途径 植物修复能够治理包括土壤、水体、大气中的有机和无机
污染物。主要分为：植物提取、植物稳定、植物挥发、植
物降解、根际滤除
植物修复的概念发展
土壤重金属超富集植物的研究可以追溯到19世纪。 Baumann早在1885年就报道了遏蓝菜属 (Thlaspicalaminare)植物茎叶灰分中的ZnO含量达17%。
Minguzzi和Vergnano在1948年报道,一种庭荠属植物
有机污染物
放射性元素（Sr、Ur、Cs）
硝酸盐，铵盐，磷酸盐
植物修复地位、分类
微生物转化作用 微生物修复 微生物降解作用 生物修复 净化空气 净化水体
植物净化
植物萃取 植物挥发 植物降解
植物去除作用
根际圈生物降解 植物修复 植物稳定作用
狭义
植物降解
植物固定
大气环境
排泄
大气环境
吸收
吸收
•
植物降解（Phytodegradation）
利用植物或植物和微 生物共同作用降解土 壤有机污染物
根际滤除（Rhizofiltration）
利用植物根系吸收、吸 附污染水体中的重金属）
Thlaspi caerulescens
蜈蚣草
印度芥菜
龙葵
成套技术用，具有可行性
植物修复实例
植物挥发（phytovolatilization）
• 利用植物去除环境中的一些挥发性 污染物，即植物将污染物吸收、积 累到体内后又将其转化为气态物质， 释放到大气中。 有人研究了利用植物挥发去除土壤 环境中的Hg，即将细菌体内的汞还 原酶基因转入模式植物拟南芥 （Arabidopsis）中，这一基因在 该植物体内表达后，将植物从土壤 环境中吸收的汞（Hg2+）还原为Hg0， 使其成为气体而挥发。另有研究表 明利用植物也可将环境中的Se转化 为气态形式（二甲基硒和二甲基二 硒）
的技术 植物修复过程依靠修复植物的新陈代谢活动来治理污染土 壤，技术操作比较简单，容易在大范围实施。
植物修复的局限性
修复植物对污染物质的耐性是有限的，超过其忍耐限度的污
染土壤并不适合植物修复
污染土壤往往是有机、无机污染物共同作用的复合污染，一 种或几种修复植物往往难以满足修复要求 虽然有的植物根系最深处可达地面以下几米，但是大多数植 物根系的大部分集中在土壤表层，对于超过修复植物根系作 用范围的污染土壤或不利于修复植物生长的土层，修复难以 奏效
植物的生长需要适宜的环境，多数植物具有光周期反应或对
生长环境有特殊要求，在世界范围内引种修复植物比较困难
修复植物的生长周期一般较长，难以满足快速修复污染土壤
的需求 修复植物多数为野生植物，种子小、采集难 缺乏行之有效的筛选植物的方法
植物修复术，萃取累金属
主提 要到 是植 植物 物修 萃复 取技 技术 术， 。指 的
“植物萃取技术”
• 其本质是通过植物的 光合作用，将分散在 土壤中的污染物泵吸 出来，转移到植物地 上茎叶部位，最后通 过收获植物地上器官 并处理这些器官达到 环境治理、变废为宝 的目的。
植物提取的实验验证
• 吸收重金属以后的植 物：A：采集后压制植 物的一般照片（有黄 斑）；B：X-射线放射 自显影照片（能看出 金属元素所在的部 位）；C：计算机重构 的放射自显影图（能 看出金属元素所在的 部位）。