重金属污染水域的植物修复

:victory: 受启发，谢谢！

四、修复工程的应用

　　利用水生植物净化重金属污水，目前应用得较多的是人工湿地技术和生物塘工程。

1、人工湿地技术[10，11]

　　湿地处理系统是一种利用低洼湿地和沼泽地处理污水的方法。人工湿地是在一定长宽比及底面坡降的洼地中，按一定的坡度填充一定规格的填料，如砾石。在填料表层土壤中种植一些处理性能良好，成活率高，生长周期长，美观及有经济价值的植物，构成一个湿地生态系统。在运行中含重金属的污水缓慢流过生长植物的土壤表面，在耐水性植物和土壤共同作用下得以净化。

　　目前人工湿地常用的植物为水生或半水生的维管植物，如破铜钱、水芹菜等。它们能在水中长期的吸收铅、铜和镉等金属。人工湿地生态结构复杂且收获富含金属残体的难度大。针对于此，Salt等发现在通气良好的水中，印度葵幼苗能从人造污水中积累不同的金属。基于此幼芽的人工湿地系统，不仅可以迅速建立，还易于收获富含金属的残体。

2、氧化塘[12]

　　氧化塘又称稳定塘或生物塘。它是利用库塘等水生生态系统对污水的净化作用，进行污水原位处理的工程措施。通过向池塘内投放对重金属有富集作用的植物，如水葫芦，水芹菜，黑麦草、香蒲等，然后定期收割，达到去除重金属的目的。如水葫芦，1 hm2葫芦一昼夜就能从水中吸收锰4 kg、汞89g、镍297 g、铅104 g，并能从低于1×10-6的含镉废水中，除去97%的镉。污水中的砷对它生长有抑制的作用，但它仍然能富集砷，使体内砷的含量达到水中砷浓度的几十倍。戴全裕通过黑麦草对黄金废水的净化实验[13]表明: 黑麦草对黄金废水不仅有很强的净化能力，而且也具有很高的富集功能，其根部的含金量最高可达784 g/t(干重)。而且黑麦草对其它重金属也有良好的富集作用，从而展示了它的广阔开发应用前景。不同于凤眼莲的是它比较耐寒，只要10℃以上就能生长良好。这正好在净化处理废水时与凤眼莲进行交替使用。其他植物还有如香蒲，我国韶关凡口铅锌矿废水香蒲净化塘系统最新研究发现，该废水净化系统对铅、锌、铜、镉的去除率分别为93.98%、 97.02%、96.87% 、96.39%，净化后的废水其重金属含量达到国家排放标准。

　　当然由于植物生长受季节控制，而且重金属累积过多，会对植物造成毒害，如果采用氧化塘和人工湿地结合处理的方法，可以利用多种植物，在不同季节对污水进行净化，达到更好的净化效果。

五、超积累植物及新技术的研究

　　重金属超量积累植物[14](hyperaccumulator)的概念在1977年首先由Brooks[15]提出后[],经过科学家们不懈的努力，目前已经发现了360多种植物能够超量积累各种重金属。这些超量积累植物具有较高的重金属临界浓度，在重金属污染环境中能够良好地生长。但是，由于超量积累植物生长缓慢、生物量小，又极大地限制了其在环境治理中的应用价值。如文献报道十字花科遏蓝莱属植物Thlaspi rotundifolium植株内Pb积累可高达8200mg·kg-1干重，但经5个月生长期后，每株干重只有5—50mg，照此计算每株中Pb积累总量只有41—410μg，低于我们实验中生长仅十几天的向日葵或蓖麻幼苗根部Pb的积累总量。1997年11ya Raskin曾指出种苗过滤(B1astoflltration)代表了植物修复技术用于含重金属废水处理的发展方向，本研究工作的目的是在现有文献报道的基础上，通过考察种苗过滤法的规律，探索该方法在含重金属废水生态修复中的应用可行性。

1、种苗过滤去除水中重金属铅

　　实验[16]表明，种苗过滤去除水中Pb的生态效应与植物种类有关。在不同种类植物之间以及在相同植物的不同亚种之间，存在着对比积累程度上较明显的差异。在相同体积(100mL)、相同浓度(100mg·L-1)的Pb溶液中处理72h后，向日葵、蓖麻、玉米(高油115)和豌豆(食荚大菜豌1号)均获得了较高的根Pb积累。其中向日葵根Pb积累高达91．6mg·g-1、蓖麻、玉米(高油115)和豌豆根Pb积累也分别达到了52．8mg·g-1、42．6mg·g-1和40．7mg·g-1，证实了部分传统作物种苗可以在较短时间内在其根部积累较高量的重金属Pb，达到对重金属的近超量积累效果。在所选择实验条件下，使含Pb水质经植物修复后达到国家排放标准。

　　通过对种苗过滤的实验考察，发现该方法具有良好的去除水体中重金属Pb的生态效应。在所选择的实验条件下，72h内向日葵和蓖麻根铅积累量分别达到每克干根中91．6mg及52．8mg，并使水中铅去除率分别达到95．7％和99．5％，表现出种苗过滤在含Pb废水处理中具有良好的生态效益与应用前景。

2、种苗过滤去除水中重金属镉

　　实验[17]表明，Cd对植物有相当强的毒害作用，水体中含有较高浓度Cd时会影响植物的正常生长，并进而影响种苗过滤的效果。在分别选择Cd浓度为1、2及10mg·L-1时，虽然蓖麻(841)茎叶中Cd的积累量随Cd浓度的增大而增大，但溶液中Cd的去除率却随Cd浓度的增大而显著减小；此外，蓖麻根部Cd的积累量在Cd浓度为10mg·L-1时小于2mg·L-1时的事实，也表明过高浓度的Cd会因加速对种苗的毒害作用而导致其对重金属积累作用的下降。寻找和发现Cd超量积累植物是一件相当困难的工作。现有文献所报道的一种具有良好Cd积累能力的植物印地安芥根部的生物积累系数仅有134，而在本实验中蓖麻种苗根部Cd生物积累系数分别达到142．5(溶液中Cd浓度10mg·L-1时)、1489(溶液中Cd浓度2mg·L-1时)及1503(溶液中Cd浓度1mg·L-1时)，证实了种苗过滤方法对Cd有着相当高的生物积累系数。

　　通过对种苗过滤的实验考察，发现该方法具有良好的去除水体中重金属Cd的生态效应。在所选择的实验条件下，当水体中Cd浓度不超过2000μg·L-l时，经72h种苗过滤植物修复处理，可使Cd浓度降低至原浓度的18．0％以下；而当水体中Cd浓度不超过1000μg·L-1时，经72h种苗过滤植物修复处理，可使Cd的浓度降低至原浓度的11．0％以下，表现出种苗过滤在低浓度含Cd废水处理中具有良好的应用前景。

3、种苗过滤去除水中重金属铜

　　该实验[18]对比了同种植物种苗对不同浓度的Cu溶液中Cu的去除作用。实验表明，当Cu浓度由20mg·L-1增加至50mg·L-1 时，蓖麻种苗对Cu的去除量由0．22mg·g-1 增加至0．50mg·g-1，表现出在一定的浓度范围内，植物种苗去除重金属的能力可以随溶液中重金属浓度增加而显著增大。寻找和发现Cu超量积累植物也是一件困难的工作。现有文献[19]报道在扎伊尔发现的Cu超量积累植物 Aeolanthus biformifolius含Cu高达13．7mg·g-1 (干重)，是高等植物中已知的含Cu最高的超量积累植物。本实验所采用的种苗过滤方法，虽然种苗全株含Cu量尚不能达到该水平，但在溶液中Cu浓度50mg· L-1 的实验条件下，蓖麻根中Cu含量高38．2mg·g-1(干重)、茎中Cu含量也高达4．48mg·g-1(干重)，展现了利用一些普通作物种苗替代超量积累植物、富集环境水体中Cu具有良好的应用前景。

　　通过对种苗过滤的实验考察，发现该方法具有良好的去除水体中重金属Cu的生态效应。在所选择的实验条件下，经96h种苗过滤植物修复处理，可使Cu浓度由50mg·L-1、20mg·L-1、10mg·L-1 分别降低至原浓度的4．0％、2．4％和6．9％，证实种苗根部在低浓度含Cu水体中具有更高的生物积累系数，因而更适合于低浓度含Cu水体的修复处理。

六、展望

　　近10年来植物修复技术发展很快,人们在超积累植物的找寻培育、植物根际微生物共存体系研究、植物对重金属的耐忍性、超量吸收及其解毒机制以及植物修复的工艺技术方面作了不少的研究,并起得了长足的进展。现代分子生物学的发展以及基因工程技术的应用有可能使植物修复技术取得根本性的突破。我国植物修复研究目前还处于起步阶段,仍需深入研究才有望应用到实践中去。现阶段研究的关键仍然是筛选出超量积累污染物的植物。我国有着丰富的植物资源,应在自然界、尤其是在被污染了的矿区对超积累植物资源进行调查筛选和鉴定收集,建立超积累植物数据库。利用植物基因工程技术构建出高效去除环境中污染物的植物,也是一个植物修复的研究方向。