超积累植物 - 文档网

土壤重金属污染的植物处理技术

1 土壤重金属污染的植物处理技术

土壤是人类赖以生存的最基本的物质基础。然而，随着人口的不断增长，由于工业三废和农用化学品以及矿区的污染, 有相当数量农田的土壤质量日趋下降。其中，受重金属污染的土壤面积有逐年增加之势。土壤重金属污染可经水、大气、植物等介质最终危害人体健康。更为严重的是这种污染具有长期性、隐蔽性和不可逆性的特点。因此，寻求缓解或解决此类污染的办法成了全球关注的棘手问题。治理土壤重金属污染的途径主要有两种:一是改变重金属在土壤中的存在形态,使其由活化态转变为稳定态;二是从土壤中去除重金属,以使其存留浓度接近或达到背景值。当前，修复重金属污染土壤的方法主要有物理法、化学法和生物法。物理法和化学法往往需要改变土壤的原有结构，破坏土壤生态，花费大量的人力和财力，并且有可能会造成“二次污染”。而作为生物法典范的植物修复技术具有不可替代的优势，治理过程对原来的土壤扰动较少，能够逐渐减少甚至清除其中的重金属，且成本低廉，是真正 “绿色安全”且能够标本兼治的方法

土壤受重金属污染的状况在世界上越发成为重要的环境议题。尤其在我国，自2009年以来，中国连续发生了30多起重特大重金属污染事件。据报道，中国受污染的耕地面积达2000万公顷，约占耕地总面积的五分之一，造成直接经济损失达100多亿元。传统重金属污染土壤的修复技术包括化学吸脱附、客土法(从外地运载乾净土壤加入受污染土壤达到降低污染物的浓度)、现地淋洗土壤法以及现地电熔法等也存在著许多难以克服的缺陷，包括资金耗费与化学药剂的问题等。近年来，一种运用植物来去除有毒重金属的新型态植物修复技术给这一问题提供了另外的一套思考路径。该技术在国外也被认为是一种低成本而有效的"绿色"技术。

植物修复技术分为四类：1植物提取，即利用重金属超积累植物从土壤中吸取金属污染物，随后收割地上部并进行集中处理，连续种植该植物，达到降低或去除土壤重金属污染的目的。目前已发现有700多种超积累重金属植物，积累Cr、Co、Ni、Cu、Pb的量一般在0.1%以上，Mn、Zn可达到1%以上。遏蓝菜属是一种已被鉴定的Zn和Cd超积累植物，Baker和NcGrath研究发现，土壤含Zn 444mg/kg时，遏蓝菜地上部Zn的含量可达到土壤的16倍。柳属的某些物种能大量富集Cd；印度芥菜对Cd、Ni、Zn、Cu富集可分别达到58、52、31、17和7倍；芥子草等对Se、Pb、Cr、Cd、Ni、Zn、Cu具有较强的累积能力；Robinson报告了高生物量Ni超累积植物，每公顷吸收提取Ni量可达168kg；高山萤属类可吸收高浓度的Cu、Co、Mn、Pb、Se、Cd和Zn。我国学者对植物提取也进行了一些研究，如在我国南方发现一批As超累积植物；刘云国等利用10种超积累植物对Cd污染土壤进行修复研究；蒋先军等发现，印度芥菜对Cu、Zn、Pb污染的土壤有良好修复效果。2植物稳定，利用耐重金属植物或超累积植物降低重金属的活性，从而减少重金属被淋洗到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。其机理主要是通过金属在根部的积累、沉淀或根表吸收来加强土壤中重金属的固化。如，植物根系分泌物能改变土壤根际环境，可使多价态的Cr、Hg、As的价态和形态发生改变，影响其毒性效应。植物的根毛可直接从土壤交换吸附重金属增加根表固定。 3 植物挥发，其机理是利用植物根系吸收金属，将其转化为气态物质挥发到大气中，以降低土壤污染。目前研究较多的是Hg和Se。湿地上的某些植物可清除土壤中的Se，其中单质占75%，挥发态占20～25%。挥发态的Se主要是通过植物体内的ATP硫化酶的作用，还原为可挥发的CH3SeCH3和 CH3SeSeCH3；Meagher等把细菌体中的Hg还原酶基因导入芥子科植物，获得耐Hg转基因植物，该植物能从土壤中吸收Hg并将其还原为挥发性单质Hg。 4 根际过滤利用植物庞大的根系和巨大的表面积过滤吸收、富集水体中重金属元素。原理是透过植物体本身吸收并累积重金属的过程来移除土壤中的重金属。利用植物来进行受重金属污染的土地复育工作。这当中主要依靠一些可耐高量重金属之植物物种，但它们生长的速度皆相当缓慢。因此也有人利用速生植物进行转殖，并提高其耐金属及累积金属的涵量来进行土地复育的工作。

镉超富集植物标准

镉超富集植物是指在环境中长期暴露于镉等重金属污染物的情况下，植物体内镉积累超过正常范围的植物。镉超富集植物具有较高的对镉耐受性和积累能力，使其成为生物修复、镉污染土壤治理和生物指示器等领域的重要研究对象。为了规范对镉超富集植物的研究和评价，科研工作者们提出了一系列的镉超富集植物标准，用以指导相关研究和实践。

在研究领域中，镉超富集植物标准是非常重要的指导性文件。通过制定和遵守这些标准，可以保证镉超富集植物研究的科学性和客观性，有助于提高研究的可比性和数据的可信度。本文将对镉超富集植物标准进行深入探讨，探讨其制定背景、内容要点和应用前景，旨在为相关研究工作提供参考和借鉴。

一、镉超富集植物标准的制定背景

随着环境污染的不断加剧，重金属污染已成为我国生态环境领域的一个突出问题。镉是一种常见的重金属元素，是一种易积累于植物体内的有毒物质。在镉超富集植物的研究领域中，由于缺乏统一的标准和规范，给研究工作带来了很大的困难。

为了规范对镉超富集植物的研究和评价，科研工作者们迫切需要一套统一的标准体系。在这种背景下，镉超富集植物标准得以制定出来。这些标准通过梳理和整合已有研究成果，结合国内外相关标准和规范，以及专家学者的研究经验，最终形成了一套比较系统和完整的标准体系。

二、镉超富集植物标准的内容要点

镉超富集植物标准主要包括对镉超富集植物的定义、分类、检测方法、评价指标、标准要求等方面内容。这些内容旨在为研究者提供一个规范的研究框架，使得他们在开展镉超富集植物相关研究时，能够有章可循、有据可依。

首先，镉超富集植物标准明确了对镉超富集植物的定义和分类。镉超富集植物是指在镉等重金属污染环境中，植物体内镉积累超过一定范围的植物。根据镉的积累能力和毒性效应，镉超富集植物可分为高积累型、高耐受型以及中低积累型等不同类型。

其次，镉超富集植物标准规定了检测方法和评价指标。镉超富集植物的镉积累量是评价其富集能力的关键指标，因此标准明确了镉的检测方法和测定指标。此外，标准还规定了一些相关的环境因素和生理指标，用以综合评价镉超富集植物的生态适应性和镉积累能力。

优良超富集植物品种的选育

第 1 页共 13 页优良超富集植物品种的选育

优良超富集植物品种的选育

刘鹏 __生态与地理研究所摘要尽管植物土壤重金属修复具有投资少、不破坏场地结构,不引起地下水二次污染,能在修复污染土壤的同时清除其周围大气或水体中污染物,美化环境、防止地表风蚀水蚀及易被社会接受等优点[3]而倍受世界各国研究者的重视但修复周期较长是其主要缺点这使该技术的工程应用受到很大限制。如何提高植物的吸收效果、缩短修复周期是当前最受关注的问题而选育超积累植物、提高土壤中重金属的生物有效性则是改进植物修复的关键。为了提高植物修复技术的应用效果目前改进的主要方向：首先对植物种及其变种进行筛选、得到对某一具体重金属污染物具有超级修复潜力的植物；第二采用基因工程技术改造植物以获得理想的超积累植物；第三通过农艺措施优化修复过程。如调节pH值、施用肥料及螯合剂。在详细介绍土壤重金属污染植物修复方法和植物修复类型说明超富集植物优良品种选育的几种方法。

关键词植物修复螯合剂超富集植物品种选育科技的进步带来了社会繁荣的同时也伴随着人类对自然环境的开发利用程度的迅猛扩大导致地质大循环某些环节加速引起部分第 2 页共 13 页区域土壤环境的改变其中土壤重金属污染倍受关注因某些重金属过量地进入生物小循环进而影响局部区域生物的生存甚至沿食物链富积威胁到人类健康[8]。

环境学家把原子量在40以上的金属称为重金属其中有很多属于对植物营养有重要作用的微量元素这类元素的生理功能取决于它们的浓度。低深度时可能是生物生存所必需的元素或者只是被动吸收而不产生生理功能；但在高浓度时有时就对生物产生毒害作用因而常常被视为有毒元素也就是重金属污染。土壤重金属污染是指比重大于5或4(主要包括Cu、Zn、Cd、Pb、Hg、Cr、As、Ni、Co)的金属或其化合物在土壤环境中所造成的污染。目前,我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近2000万hm2,约占总耕地面积的1/5。

忍冬--一种新发现的镉超富集植物

生态环境学报 2013, 22(4): 666-670 Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@

基金项目：国家科技支撑计划资助项目（2012BAC05B05）；国家水体污染控制与治理科技重大专项资助项目（2012ZX07202008）作者简介：刘周莉（1983年生），女，助理研究员，博士，主要从事污染环境修复及逆境生理胁迫等方面研究。E-mail：liuzhouli@ 收稿日期：

2013-01-08 忍冬——一种新发现的镉超富集植物

刘周莉，何兴元，陈玮*

中国科学院沈阳应用生态研究所森林与土壤生态国家重点实验室，辽宁沈阳 110164

摘要：镉(Cd)是毒性最强的重金属元素之一，具有稳定、积累和不易消除等特性，进入土壤环境中易被植物吸收，并可通过食物链进入人体，在人体内不断积累，严重威胁人体健康及生命安全。植物修复技术(Phytoremediation)是近年来发展起来的一种主要用于清除土壤重金属污染的绿色生态技术。植物修复技术的核心是找到超富集植物(Hyperaccumulator)，但现已知的超富集植物往往存在生物量低、生长缓慢、地域性较强和修复时间较长等缺陷，且研究对象多集中矿区及草本植物，而对木本植物的研究甚少，因此有必要针对这一问题开展相关研究以丰富超富集植物的种类。为此，本文采用水培和土培相结合的试验方法，研究木本植物忍冬Lonicera japonica Thunb.对不同浓度镉(Cd)的生长响应及积累特性。结果表明：不同浓度的Cd处理对忍冬的生长并未造成毒害症状，表现为其根部和地上部生物量与对照相比并无显著差异。无论水培还是土培生长条件下，在较高浓度的Cd处理下，忍冬仍能保持正常生长，表现出很好的耐性。在水培条件下，当营养液中Cd处理浓度为25 mg·L-1时，忍冬地上部中Cd含量接近300.00 μg·g-1；而在土培条件下，当土壤中Cd处理浓度为50 mg·kg-1时，其地上部中Cd含量仍远远高于Cd超富集植物的临界含量标准，即地上部分富集Cd超过100 μg·g-1，且其具有较高的耐性系数（index of tolerance，IT均超过0.80）和富集系数（bioaccumulation factor，BF均远超过1.00），这表明忍冬具备了Cd超富集植物的特征，是一种新发现的Cd超富集植物，将其应用于Cd污染土壤修复具有重要的现实意义。关键词：忍冬；镉；超富集中图分类号：X53 文献标志码：A 文章编号：1674-5906（2013）04-0666-05 引用格式：刘周莉，何兴元，陈玮. 忍冬——一种新发现的镉超富集植物[J]. 生态环境学报, 2013, 22(4): 666-670. LIU Zhouli, HE Xingyuan, CHEN Wei. Lonicera japonica Thunb. —— a newly discovered Cd hyper-accumulator [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2013, 22(4): 666-670.

超积累植物在治理土壤重金属污染中的应用

第２４卷第５期　Ｖｏ１．２４　Ｎｏ．５　昭通师范高等专科学校学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｚｈａｏｔｏｎｇ　Ｔｅａｃｈｅｒ＇ｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　２００２年ｌ０月　ＯＣｔ．２００２　

超积累植物在治理土壤重金属污染中的应用　

蒋　彬　

（昭通师范高等专科学校化学系，　云南　昭通　６５７０００）　

［摘　要］　超积累植物具有超量吸收、积累某些化学元素的能力．将它用于净化土壤重金属污染・具有传　

统方法无法替代的优点．　

［关键词］　超积累植物；　治理；　重金属；　污染；　应用　

［中图分类￣３ｘ５３　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１ｏｏ８—９３２２（２００２）０５—００３２—０３　

Ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　

ｔｈｅ　Ｓｏｉｌ　Ｐｏｌｌｕｔｅｄ　ｂｙ　Ｈｅａｖｙ　Ｍｅｔａｌｓ　

ＪＩＡＮＧ　Ｂｉｎ　

（Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｚｈａｏｔｏｎｇ　ＦｅａｃｈｅｒＮ　Ｃｏｌｌｅｇｅ．Ｚｈａｏｔｏｎｇ　６５　７０００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ　ｉｓ　ａｂｌｅ　ｔｏ　ｅｘｃｅｓｓｉｖｅｌｙ　ａｂｓｏｒｂ　ａｎｄ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ．Ｃｏｒｎ—　

ｐａｒｅｄ　ｔｏ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｗａｙｓ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ｐｏｌｌｕｔｅｄ　ｂｙ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ．ｉｔ　ｈａｓ　ｓｏｍｅ　ｉｒｒｅｐｌａｃｅｂｌｅ　ａｎｄ　ｕｎｉｑｕｅ　ｆｅａ—　

ｔＵｒｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ；ｃｏｎｔｒｏｌ；ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ；ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　

引言　

随着现代社会经济的迅猛发展，土壤一植物一环境系统中的重金属污染日趋严重．在我国，遭受重金　

属污染的土壤面积逐年增加．据１９９４年《中国２１世纪人Ｉ＝１、环境和发展白皮书》报道，我国矿山开采废　

中国镉超富集植物的物种、生境特征和筛选建议

镉是一种有毒重金属，对人体健康和生态环境造成严重危害。为了减少镉污染，科学家们一直在寻找能够高效吸收和积累镉的植物。在中国，已经发现了一些具有超富集镉能力的植物，这些植物在修复镉污染土壤方面具有重要应用价值。

1. 物种：中国镉超富集植物主要包括：水生植物如芦苇、香蒲等；陆生植物如水稻、小麦、玉米等。其中，芦苇是最具代表性的镉超富集植物之一，其对镉的吸收能力远高于其他植物。

2. 生境特征：镉超富集植物通常生长在镉污染严重的地区，如矿区、冶炼厂周边等。这些地区的土壤中镉含量较高，但其他营养物质相对较少。因此，镉超富集植物具有较强的适应性和生存能力。

3. 筛选建议：为了提高镉超富集植物在修复镉污染土壤中的应用效果，可以从以下几个方面进行筛选：

（1）选择生长速度快、生物量大的植物，以提高修复效率。

（2）选择对镉吸收能力强、耐镉性高的植物，以保证其在高浓度镉污染土壤中的存活和生长。

（3）选择对其他重金属也具有超富集能力的植物，以实现多种重金属污染土壤的修复。

（4）选择易于种植和管理的植物，以降低修复成本。

总之，中国镉超富集植物在修复镉污染土壤方面具有巨大潜力。通过科学合理地筛选和利用这些植物，有望为解决我国重金属污染问题提供有效途径。

影响植物积累重金属Cd的研究综述

1 影响植物积累重金属Cd的研究综述

Cadmium(Cd)是与环境有重要关系的重金属之一。它在地球外壳部分自然形成。事实上，它以各种浓度存在于组成了淡水、海水、陆地生态系统。它以岩石风化和火山喷发和形式进入环境，但是近代以来，由于采矿业和农业的活动，导致Cd进入环境的量迅速增加。地壳内的Cd通常伴随的金属有zinc(Zn)、lead(Pb)、copper(Cu)等(Elinder 1992)。矿石开采和冶炼、石化燃料的燃烧等以气态Cd的形式进入大气，溶入水后，污染了陆地水资源(Alloway 1995)。同时，含Cd物质以大气沉降和雨水等形式污染土壤。加上含Cd磷酸盐化肥的使用，农业含Cd污水的大量灌溉，大大地增加了土壤中的Cd含量(McGrath 1987)。土壤中的Cd积累通过污染食物链而影响人类健康。人类通过食物摄入和吸烟的两条途径导致Cd在肝和肾脏器内和积累，从而危害这些器官。许多国家，如澳大利亚，已通过立法的形式限定了人类食品内的Cd最高含量。

虽然所有的植物体内含有包括Cd在内的痕量元素(Page et al. 1981)，但是主要是由于土壤内Cd的积累，导致了植物体内Cd的积累 (Williams and David 1977) 。由于Cd大部分在根、植物贮藏部分、叶中积累，所以农作物类，如根叶类蔬菜等与人类的关系更加密切(Page et al. 1981)。如在澳大利亚，成人约有50以上的

饮食摄入量与马铃薯有关，所以马铃薯叶内Cd含量水平受到有关学者的极大关注(Stenhouse 1991)。目前Cd在蔬菜中的鲜重最高允许含量(MPC, the maximum permitted concentration)为0.1mg/kg(ANZFA 1997)。但是澳大利亚相当一部分马铃薯Cd含量接近或超过这个水平(McLaughlin et al. 1997)。这个问题学术界已集中在限定Cd在马铃薯块根上积累。

植物修复技术综述

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植物修复技术的研究

摘要：重金属污染已经成为当今世界环境污染中重要的一部分。植物修复是利用植物的物理、化学作用去除环境污染物的方式。本文主要对植物修复技术的概念和内容、技术的分类、作用机理、影响因子以及这种技术的优缺点进行了阐述，并在该技术研究与应用的现状上做出了一定展望。

关键词：植物修复、土壤污染、重金属、超积累植物

植物修复技术的研究.................................................................................................... 1

1. 引言......................................................................................................................... 2

2.植物修复技术的内涵 ................................................................................................ 2

2.1植物修复技术的概念 ..................................................................................... 2

2.2植物修复技术的分类 ..................................................................................... 2

2.3植物修复技术的作用机理 ............................................................................. 3

环境修复植物对重金属吸收能力

一、环境修复植物概述

环境修复植物，亦称为超积累植物或重金属吸收植物，是指那些能在其组织中积累较高浓度重金属的植物。这些植物通过其天然的生物化学过程，能够从土壤中吸收并积累重金属，从而减少土壤中的重金属含量，达到净化环境的目的。环境修复植物的应用是生态修复和环境治理领域的一个重要分支，对于改善土壤质量、保护生态环境具有重要意义。

1.1 环境修复植物的分类

环境修复植物根据其对重金属的吸收能力和特性，可分为几类：

- 重金属超积累植物：这类植物能够在其叶片、根或茎中积累超过正常植物数倍甚至数百倍的重金属。

- 根系修复植物：通过其发达的根系吸收土壤中的重金属，并在根系中积累。

- 地上部分修复植物：主要通过叶片吸收大气中的重金属，如通过叶片的蒸腾作用。

1.2 环境修复植物的作用机制

环境修复植物对重金属的吸收主要通过以下几个步骤实现：

- 根系吸收：植物根系通过主动或被动的方式吸收土壤中的重金属离子。

- 转运与积累：吸收的重金属通过植物体内的转运系统，被输送到植物的各个部位，尤其是叶片和茎。

- 稳定与解毒：植物体内存在多种机制来稳定重金属，减少其毒性，如通过合成金属结合蛋白、金属螯合肽等。

二、环境修复植物的应用场景

环境修复植物的应用非常广泛，主要应用在以下几个领域：

2.1 土壤修复

在重金属污染的土壤中种植环境修复植物，可以有效降低土壤中的重金属含量，恢复土壤肥力和生态功能。

2.2 水体净化

在水体受到重金属污染的情况下，通过种植特定的水生或湿生植物，可以吸收水中的重金属，净化水质。

2.3 大气污染治理

对于大气中的重金属污染，可以通过种植某些能够吸收大气中重金属的植物，如通过叶片的蒸腾作用，减少大气中的重金属含量。

2.4 矿山修复

矿山开采过程中常伴随着重金属的释放，利用环境修复植物进行矿山生态修复，可以加速矿山地区的生态恢复。

三、环境修复植物的挑战与发展前景

超累积植物——精选推荐

超累积植物

超累积植物，也叫超富集植物，是指能够超量吸收重⾦属并将其运移到地上部的植物。⽬前．世

界范围内已经发现的超富集植物有400多种。我国开展这⽅⾯的⼯作较晚．到⽇前为⽌，中国的科技

⼯作者陆续发现了As的超富集植物蜈蚣草和⼤叶井⼝边草、Cd的超富集植物宝⼭堇菜、Mn的超富集

植物商陆、Zn的超富集植物东南景天以及Cu的超富集植物海州⾹薷和鸭跖草。

例如，⽺齿类铁⾓蕨、野⽣苋和⼗字花科植物天蓝褐蓝菜对镉的富集能⼒强；紫叶花苕能富集铅和

锌；蒿属和芥菜对铅的富集作⽤明显；在镍污染的⼟壤中可种植⼗字花科和庭芥属植物；在铜污染⼟

壤中可种植酸模草，其植株含铜可达1.850mg/g。此外，研究发现，植物对重⾦属的吸收与电渗滤有

关。因此，向植物根系通直流电能加强植物对重⾦属的吸收，向污染⼟壤施硫酸盐和磷酸盐能提⾼植

物枝⼲部分对铬、镉、镍、锌和铜的富集系数。

⼀、超富集植物特点

1、对⾼浓度的⾦属有较强的忍耐性；

2、可累积相当⾼浓度的重⾦属；

3、⽣长速度较快；

4、较⾼的⽜物量；

5、发达的根系。

⼆、植物修复技术

我国由于矿⼭开采、⾦属冶炼、化肥使⽤等原因，遭受重⾦属污染的⼟地⾯积⼗分惊⼈，中国科

学院⼀项研究显⽰，⽬前中国受镉、砷、铬、铅等重⾦属污染的耕地⾯积近两千万公顷，约占耕地总

⾯积的1／5，全国每年因重⾦属污染⽽减产粮⾷⼀千多万吨，也造成了部分农产品重⾦属超标，影

响⾷品安全。

环境被破坏或污染之后，传统的修复⽅法⼀般是⼯程、物理和化学法，往往成本较⾼，对环境⼲

扰⼤。近20多年来，⼈们开始研究利⽤⽣物修复⽅法，也就是利⽤⽣物的降解和转化作⽤来清除环

境中的污染物。这其中应⽤⽐较多有植物修复和微⽣物修复技术。

植物修复技术是⼀种以植物忍耐、分解或超量积累某些化学物质的⽣理功能为基础，利⽤植物及

其共存微⽣物体系来吸收、降解、挥发和富集环境中污染物的治理技术。与传统修复⽅法相⽐，该技

术成本低、过程简单，且环境友好，适⽤于空⽓、⼟壤和⽔体污染，特别是在重⾦属污染治理⽅⾯。