摘要:綜述了國(guó)內(nèi)外植物修復(fù)的研究進(jìn)展,闡述了植物修復(fù)主要類型及機(jī)理。給出多種主要植物的修復(fù)特性。分別對(duì)重金屬,無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素N、P 以及有機(jī)污染物的植物修復(fù)進(jìn)行論述,認(rèn)為鳳眼蓮、水花生和蘆葦?shù)人参飳?duì)無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素的修復(fù)具有綜合功效,植物修復(fù)對(duì)殘余農(nóng)藥、多環(huán)芳烴和硝基芳香化合物的治理效果顯著。

關(guān)鍵詞:水生植物植物修復(fù)水環(huán)境污染控制綜述

生物修復(fù)作為新興技術(shù),具有經(jīng)濟(jì)效益高、應(yīng)用前景廣泛的特點(diǎn),已經(jīng)在全球得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用。污染水體的植物修復(fù)以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),成為生物修復(fù)機(jī)理研究的新興領(lǐng)域,并且成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的新熱點(diǎn)。

1 　植物修復(fù)的類型與種類

1. 1 　植物修復(fù)的概念

植物修復(fù)(phytoremediation) ,指以植物忍耐和超量積累某種或某些化學(xué)元素的理論為基礎(chǔ),利用植物及共存微生物體系清除環(huán)境中污染物的一門環(huán)境污染治理技術(shù)[1] 。

將植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于水環(huán)境,提出水生植物修復(fù)技術(shù)(hydrophyte remediation) ,亦即以水生植物忍耐和富集某種或某些有機(jī)、無(wú)機(jī)污染物為理論基礎(chǔ),利用水生植物或其與微生物的共生關(guān)系,清除水環(huán)境中污染物的一種環(huán)境生物技術(shù)。

1. 2 　植物修復(fù)的主要類型

植物修復(fù)是利用植物在環(huán)境中萃取和濃縮某種元素從而去除污染物,或使污染物降解為無(wú)毒害的過(guò)程一項(xiàng)綠色技術(shù)。植物的修復(fù)一般包括萃取[2] 、固定、過(guò)濾、揮發(fā)等過(guò)程,對(duì)不同類型的植物和污染物有不同的修復(fù)類型,如表1 所示。

表1 　植物修復(fù)主要類型及機(jī)理

1. 3 　植物修復(fù)的植物種類

水生植物是水環(huán)境植物修復(fù)的核心組成部分,修復(fù)結(jié)果依賴于修復(fù)植物本身的生物學(xué)性質(zhì)。因此,植物篩選也是植物修復(fù)研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容之一。表2 顯示在水環(huán)境植物修復(fù)領(lǐng)域涉及的部分植物種類。

表2 　水環(huán)境植物修復(fù)領(lǐng)域涉及的部分植物種類[3]

2 　植物修復(fù)在水環(huán)境中的應(yīng)用

2. 1 　對(duì)重金屬的植物修復(fù)

為達(dá)到“種植物,收金屬”的理想境界,人們對(duì)重金屬超富集植物的研究產(chǎn)生濃厚的興趣。植物修復(fù)是利用植物特性對(duì)水環(huán)境中污染物進(jìn)行降解的生物過(guò)程,因此,對(duì)重金屬的植物修復(fù)是很有前途的綠色生物技術(shù)。

目前對(duì)有關(guān)超富集植物已經(jīng)有一定的研究基礎(chǔ),人們?cè)噲D開(kāi)發(fā)“超富集植物傾向”的傳統(tǒng)植物。通過(guò)育種或轉(zhuǎn)基因技術(shù)把超富集性狀轉(zhuǎn)移到生長(zhǎng)速度快、適應(yīng)環(huán)境強(qiáng)的植物。從遏藍(lán)菜屬的Zn、Cd 超富集植物淺蘭遏蘭菜克隆到Zn (Cd) 轉(zhuǎn)移蛋白ZNT1、ZNT2、ZNT4、ZNT5、ZTP1、ZNT1LC 基因, Fe 轉(zhuǎn)移蛋白IRT1G基因[4] 。迄今為止,育種或轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用于植物修復(fù)的研究剛剛起步,成果還遠(yuǎn)未能達(dá)到商業(yè)化水平。

2. 2 　對(duì)無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素N、P 的植物修復(fù)

由于水環(huán)境惡化,富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題嚴(yán)重,導(dǎo)致水生植物群落衰退,生物多樣性降低,使水環(huán)境系統(tǒng)遭到破壞。水生植物是水環(huán)境中關(guān)鍵的生態(tài)群落,因此對(duì)解決富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題具有重要意義。中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所在湖北黃石完成的污水凈化和污水資源化雙重功能的新型穩(wěn)定塘設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明,水生植物修復(fù)具有明顯去除N、P 的效果[5] 。表3 為富營(yíng)養(yǎng)化水體植物修復(fù)的部分植物種類及綜合功效分析[6] 。

表3 　植物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的綜合功效分析  %

2. 3 　對(duì)有機(jī)污染物的植物修復(fù)

隨著新興工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和生活水平的不斷提高,環(huán)境中有機(jī)物種類增多,傳統(tǒng)的微生物修復(fù)已經(jīng)不能達(dá)到預(yù)期效果,植物修復(fù)以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì),已經(jīng)提到研究日程上來(lái),甚至已經(jīng)達(dá)到野外應(yīng)用的水平。

a. 對(duì)殘余農(nóng)藥的植物修復(fù)。雖然許多國(guó)家已經(jīng)停止使用有機(jī)農(nóng)藥,但其對(duì)水環(huán)境的影響依然存在,仍可以檢測(cè)到農(nóng)藥的殘留,對(duì)人類生存環(huán)境存在潛在的危害。典型的殺蟲(chóng)劑DDT 及其代謝物都是持久性污染物,在無(wú)菌條件下,水生植物鸚鵡毛、浮萍、伊樂(lè)藻,6d 內(nèi)可以富集全部水環(huán)境中的DDT ,并能將1 %～13 %的DDT降解為DDD 和DDE[7] 。

b. 對(duì)多環(huán)芳烴的植物修復(fù)。多環(huán)芳烴是指兩個(gè)以上苯環(huán)以稠環(huán)形式相連的化合物,是一類廣泛存在于環(huán)境中具有致癌、致畸、致突變性的持久性有機(jī)污染物[8] 。在實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上,發(fā)達(dá)國(guó)家基本達(dá)到野外應(yīng)用水平。Denys 等[9]在法國(guó)北部的前煉焦廠污染土壤上種植多種不同類型植物,36 個(gè)月后多環(huán)芳烴質(zhì)量濃度最多減少了26 % ,證明混合種植的草本植物最適于進(jìn)行植物修復(fù)[9] 。植物修復(fù)多環(huán)芳烴是一種可行的、低價(jià)的原位修復(fù)技術(shù)。

c. 對(duì)硝基芳香化合物的植物修復(fù)。硝基苯為無(wú)色或淡黃色油狀液體,具有苦杏仁味,蒸汽及液體本身有毒,具有致突變、致癌性。水環(huán)境中的硝基芳香化合物污染主要來(lái)自于炸藥工業(yè)。根據(jù)報(bào)道:在美國(guó)國(guó)防部確定的1 000 多個(gè)炸藥污染區(qū)域中,有95 %以上為TNT 污染,且87 %超過(guò)允許的地下水污染標(biāo)準(zhǔn)[10] 。TNT 的植物修復(fù)卻是一項(xiàng)耗能很低或不需要耗能,綠色安全,對(duì)人類和水環(huán)境無(wú)副作用,不會(huì)造成二次污染的最好治理方法。

3 　植物修復(fù)的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用前景

植物修復(fù)在水環(huán)境污染控制與修復(fù)中具有重要的作用,應(yīng)用前景十分顯著[11] 。應(yīng)重點(diǎn)在以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究和應(yīng)用:

a. 加強(qiáng)植物修復(fù)機(jī)理的研究,尤其對(duì)植物根系微生物共存體系的研究。

b. 加強(qiáng)超積累植物的篩選和栽培。尋找更多指示污染物有效性的野生或栽培植物,采用轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)改造植物,以獲得具有強(qiáng)大富集能力的理想超積累植物。

c. 加強(qiáng)輔助措施優(yōu)化植物修復(fù)過(guò)程。將園藝學(xué)、土壤學(xué)和植物生理學(xué)與分子生物學(xué)等結(jié)合起來(lái),研究元素在植物修復(fù)的途徑。

d. 加強(qiáng)多種修復(fù)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的研究。植物修復(fù)應(yīng)與物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、微生物修復(fù)等其他修復(fù)技術(shù)相結(jié)合。

4 　結(jié)　　語(yǔ)

a. 浮萍、杠板歸和水浮蓮等水生植物去除水環(huán)境中的重金屬元素是綠色生物過(guò)程。

b. 鳳眼蓮、水花生和蘆葦?shù)人参飳?duì)無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素的修復(fù)具有綜合功效。

c. 植物修復(fù)對(duì)殘余農(nóng)藥、多環(huán)芳烴和硝基芳香化合物的治理效果顯著。

參考文獻(xiàn):

[1] 林琦. 重金屬污染土壤植物修復(fù)的根際機(jī)理[D] . 杭州:浙江大學(xué),2002.

[2] KUMAR P B , DU SHENKO V V , MOTTOH , et al.Phytorextraction the use of plants to remove heavy metals form soils[J] . Environment SCI2Techno ,1995 ,29 : 1239-1245.

[3] DEBUSK TA ,LAUGHLIN R B J ,SCHWARTZ L N. Retention and compartmentalization of lead and cadmium in wetland[J] . Water Research ,1996 ,30 (11) : 2707-2716.

[4] PENCE N S. The molecular physiology of heavy metal transport in the Zn/ Cd hyper accumulator Thlaspi caerulescens [J] .PNAS ,2000 ,97 (9) : 4956-4960.

[5] 陳金霞,徐王華,張小莉. 生物修復(fù)技術(shù)在污染治理中的應(yīng)用[J] . 上海化工,2000 (9) :4-7.

[6] 周德春. 植物生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究[D] . 長(zhǎng)春:東北師范大學(xué),2006.

[7] GAOJ ,CARRISON A W,HO C C ,et al. Uptake and phyto transformation of , p-’DDT and p , p-’DDT by axenically cultivated aquatic plants [J] . J Agric Food Chem ,2000 ,48 :6121-6127.

[8] MEUDEC A ,DUSSAUZE J ,JOURDIN M,et al. Gas chorolato graphic-mass spectrometric method for polycyclic aromatic hydrocarbon analysis in plant biota [J] . Journal of Chromato graphy A ,2006 ,1108 : 240-247.

[9] DENYS S , ROLLIN C , GUILLOT F , et al. Insitu phytoremediation of PAHs contaminated soils following a bioremediation treatment [J] . Water Air and Soil Pollution :Focus ,2006 ,6 : 299-315.

[10] RODGERS J D ,BUNCE N J . Treatment methods for the remediation of Nitroa romatic explosives [J] . Waters ,2001 ,35 :2101-2111.

[11] 韓照祥. 植物修復(fù)污染水體和土壤的研究進(jìn)展[J] . 水資源保護(hù),2007 ,23 (1) :9-12.

作者簡(jiǎn)介:張冬冬(1984 —) ,男,山東濱州人,碩士研究生,研究方向?yàn)樗膶W(xué)及水資源。