4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理1目錄5.1概述5.2植物對(duì)污染物的修復(fù)作用5.3影響植物修復(fù)的環(huán)境因子5.4有機(jī)污染物的植物修復(fù)5.5重金屬的植物修復(fù)5.6放射性核素及富營(yíng)養(yǎng)化物的植物修復(fù)2目錄2最新4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理課件3最新4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理課件4最新4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理課件5最新4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理課件6最新4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理課件7最新4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理課件8植物修復(fù)在空氣污染中的應(yīng)用

氮氧化物NxOy是污染空氣的一類主要化合物，NO2同O3在光照的條件下容易形成光化學(xué)煙霧，N2O是一種能引起溫室效應(yīng)的氣體，它可以輻射傳熱,破壞同溫層的O3。某些植物將氮氧化物轉(zhuǎn)化為氨基酸或以其為氮源加以利用,利用這些植物去除空氣中的氮氧化物無疑是環(huán)保節(jié)能的好方法。9植物修復(fù)在空氣污染中的應(yīng)用9龍舌蘭：在10平方米左右的房間內(nèi)，可消滅70％的苯、50％的甲醛和24％的三氯乙烯蘆薈：在24小時(shí)照明的條件下，可以消滅1立方米空氣中所含的90％的甲醛。10龍舌蘭：在10平方米左右的房間內(nèi)，可消滅70％的苯、50％的（2）植物促進(jìn)(Phytoaccumulation)也稱之為植物提取,植物根系將土壤中重金屬或有機(jī)污染物從污染的土壤中轉(zhuǎn)移到植物的地上部分。一般指那些能累積超過葉子干重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多種這樣的植物。11（2）植物促進(jìn)(Phytoaccumulation)也稱之為1583年，Cesalpino首次發(fā)現(xiàn)“黑色的巖石”上生長(zhǎng)的特殊植物，1814年，Desvaux將其命名為Alyssumbertolonii(庭薺屬)，1848年，Minguzzi和Vergnano測(cè)定該植物葉片含鎳高達(dá)7900mg/kg。1977年，Brooks將這類植物命名為“超富集植物”(hyperaccumulator)。1983年，Chaney提出利用植物提取土壤中的污染物，通過收割植物帶走土壤中污染物的設(shè)想。121583年，Cesalpino首次發(fā)現(xiàn)“黑色的巖石”上生長(zhǎng)的（3）植物揮發(fā)(Phytovolatilization)某些易揮發(fā)污染物被植物吸收后從植物表面組織空隙中揮發(fā)。如桉樹降解三氯乙烯(TCE)、甲基叔丁基醚(MTBE)，印度芥菜降解硒化合物；煙草揮發(fā)甲基汞。從植物莖葉揮發(fā)出的物質(zhì)可能被空氣中的活性羥基分解。如有毒的Hg2+經(jīng)植物揮發(fā)后變成了低毒的Hg，高毒的硒變成了低毒的硒化物氣體等。13（3）植物揮發(fā)(Phytovolatilization)某些（4）植物降解（Phytodegradation）利用某些植物特有的轉(zhuǎn)化和降解作用去除水體和土壤中有機(jī)污染物質(zhì)的一種方式。修復(fù)途徑主要有兩個(gè)方面：如：硝基還原酶和樹膠氧化酶可以將彈藥廢物如TNT分解B

根分泌的物質(zhì)直接降解根際圈內(nèi)有機(jī)污染物如：漆酶對(duì)TNT（三硝基甲苯）的降解，脫鹵酶對(duì)含氯溶劑如TCE（三氯乙烯）的降解等A

污染物植物體木質(zhì)化作用植物組織礦化為CO2和H2O無毒或毒性小14（4）植物降解（Phytodegradation）利用某些植（5）根際圈生物降解(Rhizodegradation)根系降解：

植物中超過20%的營(yíng)養(yǎng)成分如糖分、氨基酸、有機(jī)酸等都聚集在根部,因此會(huì)生長(zhǎng)很多微生物,尤其在根表面向外1~3mm的地方,這些微生物是沒有種植過植物的土壤的3~4倍。一些微生物可以同植物相結(jié)合促進(jìn)重金屬的轉(zhuǎn)化,也可以礦化某些有機(jī)污染物如PAHs、PCBs。植物微生物體系水分養(yǎng)料根分泌物質(zhì)降解有機(jī)物的原料（共代謝的原料）15（5）根際圈生物降解(Rhizodegradation)根系（6）植物固定(Phytostabilization）利用植物將有毒有害污染物如重金屬聚集在根系地帶,降低其活動(dòng)性,阻止其向深層土壤或地下水中擴(kuò)散,但并不為植物利用,即根系對(duì)污染物起固定作用。16（6）植物固定(Phytostabilization）利用植5.1.2植物修復(fù)的優(yōu)勢(shì)及存在的問題優(yōu)勢(shì)：植物修復(fù)開發(fā)和應(yīng)用潛力巨大。植物修復(fù)符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的理念。（太陽能為能源、蒸騰作用、無二次污染、肥力增加，

回收金屬等）植物修復(fù)過程易于社會(huì)接受。175.1.2植物修復(fù)的優(yōu)勢(shì)及存在的問題優(yōu)勢(shì)：植物修復(fù)開發(fā)和局限性：需要光、T、水分等適宜的環(huán)境條件，及病、蟲草害的影響；對(duì)于污染程度過重、或污染物分布為植物根系所達(dá)不到，甚至不適于植物生長(zhǎng)的污染土壤或水體的修復(fù)并不適用；對(duì)于復(fù)合污染土壤或水體，采用一種修復(fù)植物或幾種修復(fù)植物相結(jié)合的修復(fù)方式往往也難以達(dá)到修復(fù)要求；修復(fù)周期較長(zhǎng)，難以滿足快速修復(fù)污染環(huán)境的需求。18局限性：18修復(fù)原理：主要是通過植物自身的光合、呼吸、蒸騰和分泌等代謝活動(dòng)與環(huán)境中的污染物質(zhì)和微生態(tài)環(huán)境發(fā)生交互反應(yīng)，從而通過吸收、分解、揮發(fā)、固定等過程使污染物達(dá)到凈化和脫毒的修復(fù)效果。

5.2植物對(duì)污染物的修復(fù)作用19修復(fù)原理：主要是通過植物自身的光合、呼吸、蒸騰和分泌等代謝活5.2.1植物吸收、排泄與積累（1）植物吸收植物為了維持正常的生命活動(dòng)，必須不斷地從周圍環(huán)境中吸收水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。植物具有廣泛吸收性，除對(duì)少數(shù)幾種元素表現(xiàn)出選擇性吸收外，對(duì)不同的元素來說只是吸收能力大小不同而已。植物吸收的3種方式：被動(dòng)吸收、避、超積累205.2.1植物吸收、排泄與積累（1）植物吸收20（2）植物排泄向外排泄體內(nèi)多余的物質(zhì)和代謝物質(zhì)（排泄物或揮發(fā)的形式）

植物排泄途徑： ①經(jīng)過根吸收后，再經(jīng)葉片或莖等地上器官排出去(如汞、硒等）。 ②葉片吸收后，根排泄。 ③去舊生新21（2）植物排泄21（3）植物積累進(jìn)入植物體內(nèi)的污染物質(zhì)雖可經(jīng)生物轉(zhuǎn)化過程成為代謝產(chǎn)物經(jīng)排泄途徑排出體外，但大部分污染物質(zhì)與蛋白質(zhì)或多肽等物質(zhì)具有較高的親和性而長(zhǎng)期存留在植物的組織或器官中，在一定的時(shí)期內(nèi)不斷積累增多而形成富集現(xiàn)象，還可在某些植物體內(nèi)形成超富集。22（3）植物積累22用富集系數(shù)來表征植物對(duì)某種元素或化合物的積累能力，

富集系數(shù)（BCF）=植物體內(nèi)某種元素含量/土壤中該種元素含量用位移系數(shù)來表征某種重金屬元素或化合物從植物根部到植物地上部的轉(zhuǎn)移能力，即位移系數(shù)（TF）=植物地上部某種元素含量/植物根部該種元素含量

富集系數(shù)越大，表示植物積累該種元素的能力越強(qiáng)。位移系數(shù)越大，說明植物由根部向地上部運(yùn)輸該元素能力越強(qiáng)，利于植物提取修復(fù)。當(dāng)植物吸收和排泄的過程呈動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，植物雖然仍以某種微弱的速度在吸收污染物質(zhì)，但在體內(nèi)的積累量已不再增加，而是達(dá)到了一個(gè)極限值，叫臨界含量，此時(shí)的富集系數(shù)稱為平衡富集系數(shù)。23用富集系數(shù)來表征植物對(duì)某種元素或化合物的積累能力，23（4）植物吸收、排泄和積累間的關(guān)系

動(dòng)態(tài)平衡(圖5-3)

根據(jù)植物根對(duì)污染物質(zhì)吸收的難易程度，可將土壤中污染物分為：可吸收態(tài)：土壤溶液中的污染物如游離離子及螯合離子難吸收態(tài)：殘?jiān)鼞B(tài)等難為植物吸收的交換態(tài)：介于兩者之間，包括被黏土和腐殖質(zhì)吸附的污染物可吸收態(tài)交換態(tài)難吸收態(tài)24（4）植物吸收、排泄和積累間的關(guān)系根據(jù)植物根對(duì)污染物質(zhì)吸收的25255.3影響植物修復(fù)的環(huán)境因子共存物質(zhì)溫度氧化還原電位污染物間的復(fù)合效應(yīng)生物因子植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)酸堿度植物激素5.3影響植物修復(fù)的環(huán)境因子共存物質(zhì)溫度氧化還原電位污染26影響土壤重金屬活性的主要因素，影響溶解和沉淀平衡，pH高重金屬易沉淀，不易生物吸收。以Cd、Zn為例，隨pH升高，Cd、Zn趨于穩(wěn)定;在低pH時(shí)，沉積物中生物可吸收態(tài)的水溶液和可交換態(tài)Cd、Zn的濃度有明顯增加?？赡懿皇菃我坏倪f增或遞減。（1）pH值27影響土壤重金屬活性的主要因素，影響溶解和沉淀平衡，pH高重金（2）氧化還原電位Eh

重金屬在不同的氧化還原狀態(tài)下，有不同的形態(tài)且可互相轉(zhuǎn)化。Cd：在還原條件下，有機(jī)結(jié)合態(tài)Cd最穩(wěn)定，但在氧化條件下，有機(jī)結(jié)合態(tài)鎘則被轉(zhuǎn)化為生物可利用的水溶態(tài)、可交換態(tài)或溶解絡(luò)合態(tài)而釋放到水體中，并隨Eh增大，其釋放量增多。淹水抽穗28（2）氧化還原電位Eh28(3)共存物質(zhì)可改變重金屬的存在狀態(tài)：絡(luò)合-螯合劑：與可溶態(tài)金屬結(jié)合，防止金屬沉淀或吸附在土壤上，增加重金屬的移動(dòng)性和植物利用性。同時(shí)，被吸附態(tài)和結(jié)合態(tài)的金屬離子溶解如，土壤中植物吸收Pb的能力很低→→土壤中加入絡(luò)合劑（EDTA）→→增加植物根對(duì)Pb的吸收能力富里酸對(duì)結(jié)合態(tài)汞有較強(qiáng)的吸附能力，易于促進(jìn)礦物汞由固定結(jié)合態(tài)向有機(jī)溶解態(tài)轉(zhuǎn)化，而被植物吸收。29(3)共存物質(zhì)29（4）植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是影響植物吸收重金屬的要素，有些已成為調(diào)控重金屬植物毒性的途徑與措施。實(shí)驗(yàn)表明N、P、K等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)超積累植物吸收重金屬有較大的影響。例如，在對(duì)小麥?zhǔn)┯玫实倪^程中發(fā)現(xiàn)，硝酸銨不僅能夠增加小麥對(duì)土壤中Cd的吸收，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，而且NH4＋進(jìn)入土壤后發(fā)生硝化作用，短期內(nèi)可使土壤pH值明顯下降，增加了Cd的生物有效性，更重要的是NH4Cd形成絡(luò)合物而降低土壤對(duì)Cd的吸附。30（4）植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)30（5）污染物間的復(fù)合作用多種污染物－復(fù)合污染，拮抗和促進(jìn)（6）植物激素植物體內(nèi)合成的，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生明顯調(diào)節(jié)作用的微量生理活性物質(zhì)。（植物激素類除草劑）（7）生物因子菌根真菌－增加生長(zhǎng)，降低土壤中的重金屬含量等。

31（5）污染物間的復(fù)合作用31（8）溫度溫度首先會(huì)影響水生植物的生長(zhǎng)，溫度還會(huì)影響水體重金屬離子的活性，以及水體懸浮泥沙、底泥對(duì)重金屬的吸附，進(jìn)而影響植物的吸收。（9）重金屬的種類及其形態(tài)差異

植物對(duì)有些元素容易吸收而對(duì)另一些元素很難吸收，通過植物對(duì)Cr,Hg,As,Cd的吸收比較發(fā)現(xiàn)植物最容易吸收Cd和As，而對(duì)Cr的吸附量就很少。同一元素的不同價(jià)態(tài)吸收系數(shù)差別很大，如水稻對(duì)Cr3＋的吸收系數(shù)平均值為0.032，而對(duì)Cr6＋則為0.056，可見Cr6＋的吸收系數(shù)大于Cr3＋。32（8）溫度325.4有機(jī)污染物的植物修復(fù)直接吸收和降解酶的作用根際的生物降解5.4.1植物對(duì)有機(jī)污染物的修復(fù)作用（3種機(jī)制）335.4有機(jī)污染物的植物修復(fù)直接吸收和降解酶的作用根際的生（1）直接吸收和降解植物根－中度憎水性有機(jī)物吸收好:0.5≤lgKow≤3.0Kow是有機(jī)化合物在辛醇和水兩相平衡濃度之比。辛醇對(duì)有機(jī)物的分配與有機(jī)物在土壤有機(jī)質(zhì)的分配極為相似，＞3.0憎水，根部吸附緊密，不易進(jìn)入植物體內(nèi)；＜0.5，親水，不易與根部吸附，不易進(jìn)入植物體苯系物，氯代溶劑，短鏈脂肪族化合物植物吸收后－木質(zhì)化作用新的組織中礦化－二氧化碳和水揮發(fā)34（1）直接吸收和降解植物根－中度憎水性有機(jī)物吸收好:0.5≤（2）酶的作用植物對(duì)有機(jī)污染物的吸收強(qiáng)度－比無機(jī)物低主要靠－根系分泌物對(duì)有機(jī)物的污染產(chǎn)生的配合和降解等作用；根系釋放到土壤中的酶的直接降解作用。死的植物根－酶－分解作用－脫鹵酶等（3）根際的生物降解植物以多種方式幫助微生物的轉(zhuǎn)化包括：植物根的微生物區(qū)系＋內(nèi)生微生物35（2）酶的作用植物對(duì)有機(jī)污染物的吸收強(qiáng)度－比無機(jī)物低（3）根根分泌酶和有機(jī)酸微生物土壤界面促進(jìn)根區(qū)微生物的生長(zhǎng)和繁殖，以利于降解有毒化學(xué)物質(zhì)。根系分泌物：糖類，醇類，酸類，細(xì)根的腐解－有機(jī)碳36根分泌酶和有機(jī)酸微生物土壤界面促進(jìn)根區(qū)微生物的生長(zhǎng)和繁殖，以

植物-微生物共生體(具有固氮菌的豆科植物)中,根分泌物養(yǎng)育了微生物，微生物的活動(dòng)也會(huì)促進(jìn)根系分泌物的釋放。植物可轉(zhuǎn)移氧氣使根區(qū)的好氧轉(zhuǎn)化作用正常進(jìn)行，降解不能被固氮菌單獨(dú)轉(zhuǎn)化的有機(jī)污染物。37植物-微生物共生體(具有固氮菌的豆科植物)中,根分泌物5.4.2典型有機(jī)污染物的植物修復(fù)污染物－酶促反應(yīng)－低毒，無毒物氧化，還原，水解，脫烴，脫鹵，羥基化，異構(gòu)化作用－降解（植物降解很強(qiáng)）（1）植物對(duì)農(nóng)藥的分解轉(zhuǎn)化作用耐藥性植物－分解殺蟲劑，除草劑，殺菌劑等高等植物體內(nèi)－降解農(nóng)藥的基本生化反應(yīng)為：氧化、還原、水解、異構(gòu)化、軛合反應(yīng)等。385.4.2典型有機(jī)污染物的植物修復(fù)污染物－酶促反應(yīng)－低毒，無（2）植物對(duì)其他有機(jī)污染物的分解轉(zhuǎn)化作用分解轉(zhuǎn)化石油、洗滌劑、塑料、造紙、印染工業(yè)產(chǎn)生的廢物。3939水葫蘆水葫蘆（學(xué)名鳳眼蓮）可以去除水體中的有機(jī)磷農(nóng)藥、染料、酚、多環(huán)芳烴、甲基對(duì)硫磷等有機(jī)污染物；能從污水中除去鎘、鉛、汞、鉈、銀、鈷、鍶等重金屬元素。龍葵能有效地降解PCBs（多氯聯(lián)苯），對(duì)Cd富集。龍葵40水葫蘆水葫蘆（學(xué)名鳳眼蓮）可以去除水體中的有機(jī)磷農(nóng)藥、染料、龍葵41龍葵41苜蓿草和水稻已成功地用于土壤中PAHs（多環(huán)芳烴)的修復(fù),在6個(gè)月內(nèi)可以將PAHs總量降低57%；42苜蓿草和水稻已成功地用于土壤中PAHs（多環(huán)芳烴)的修復(fù),在5.5.1重金屬對(duì)植物的傷害機(jī)制脅迫〉忍耐限度→→傷害：生長(zhǎng)、繁殖受阻，至死亡重金屬對(duì)植物的影響：a.抑制植物種子萌發(fā)；b.抑制植物的生長(zhǎng)，表現(xiàn)為植株矮小，生長(zhǎng)緩慢，生物量減?。籧.抑制植物生殖，表現(xiàn)為生育期推遲，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使生殖生長(zhǎng)完全停止，甚至不開花結(jié)果。5.5重金屬的植物修復(fù)435.5.1重金屬對(duì)植物的傷害機(jī)制脅迫〉忍耐限度→→傷害：生長(zhǎng)重金屬對(duì)植物的傷害機(jī)理的表現(xiàn)：①細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能受到破壞；②光合作用受到抑制；③呼吸作用發(fā)生紊亂；④糖類和氮素代謝受到抑制；⑤細(xì)胞核核仁遭到破壞；⑥植物激素發(fā)生變化。44重金屬對(duì)植物的傷害機(jī)理的表現(xiàn)：44

此外，重金屬還通過影響根系微生態(tài)環(huán)境及產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)脅迫而對(duì)植物造成傷害。主要表現(xiàn)為：①對(duì)根際土壤微生物產(chǎn)生毒害作用；②全部或部分地抑制土壤生化反應(yīng)；③與礦物元素發(fā)生拮抗和協(xié)同作用。45此外，重金屬還通過影響根系微生態(tài)環(huán)境及產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)脅這張圖片表現(xiàn)的是吸收重金屬以后的植物：A：采集后壓制植物的一般照片（有黃斑）；B：X-射線放射自顯影照片（能看出金屬元素所在的部位）；C：計(jì)算機(jī)重構(gòu)的放射自顯影圖（能看出金屬元素所在的部位）。46這張圖片表現(xiàn)的是吸收重金屬以后的植物：465.5.2植物對(duì)重金屬的抗性機(jī)制當(dāng)環(huán)境中重金屬含量過高時(shí)，通常會(huì)對(duì)植物造成傷害。但植物也具有一些抗性機(jī)制來削除或減輕這種傷害，以使植物還能夠生長(zhǎng)。主要途徑為：

（1）阻止重金屬進(jìn)入體內(nèi)

許多植物根部具有某種“避”的機(jī)制，可以使根系周圍大量重金屬離子被阻止在根部，阻止重金屬進(jìn)入根內(nèi)并向地上部位運(yùn)輸，從而使植物免受傷害或減輕傷害。475.5.2植物對(duì)重金屬的抗性機(jī)制47

其避性機(jī)理一方面在于植物根分泌的有機(jī)酸等物質(zhì)，改變了根際圈pH值及氧化還原電位梯度，降低重金屬的生物可利用性。另一方面，可能在于菌根真菌對(duì)重金屬的屏障作用。一般認(rèn)為，植物對(duì)重金屬的這種阻礙機(jī)制是普遍存在的，但當(dāng)污染水平超過某一臨界值時(shí)，這種抵御能力就會(huì)失去作用，植物仍然會(huì)受傷害。48其避性機(jī)理一方面在于植物根分泌的有機(jī)酸等物質(zhì)，改變了（2）將重金屬排出體外進(jìn)入植物體內(nèi)的重金屬也可以通過某些機(jī)制被排出體外，從而達(dá)到解毒的目的。其排出體外的主要途徑是排放，也可以通過衰老的方式如分泌一些脫落酸促進(jìn)老葉或受毒害葉片脫落等作用把重金屬排出體外。（3）對(duì)重金屬的活性鈍化

植物還可以通過將積累在體內(nèi)的重金屬沉積在細(xì)胞壁等生理活性較弱區(qū)域，以此來阻止重金屬對(duì)細(xì)胞內(nèi)溶物的傷害。近年來的研究證實(shí)，許多植物將重金屬累積在液泡，這種區(qū)域化作用將重金屬與細(xì)胞內(nèi)其他物質(zhì)隔離開來。49（2）將重金屬排出體外（3）對(duì)重金屬的活性鈍化49蜈蚣草的毛狀體對(duì)砷具有特殊的富集能力，羽片胞液是砷的主要儲(chǔ)存部位，對(duì)砷具有明顯的區(qū)域化作用，砷毒因此被“密封”在蜈蚣草體內(nèi)的安全部位，不會(huì)影響植物的整體生長(zhǎng)發(fā)育。50蜈蚣草的毛狀體對(duì)砷具有特殊的富集能力，羽片胞液是砷的主要儲(chǔ)存（4）抗氧化防衛(wèi)系統(tǒng)植物受重金屬污染后會(huì)產(chǎn)生一些抗氧化劑保護(hù)系統(tǒng)。其中酶性清除劑主要有超氧化物歧化酶，脫氫酶，過氧化氫酶，氧化物酶，抗壞血酸過氧化物酶，谷胱甘肽還原酶，谷胱甘肽過氧化物酶等。（5）生態(tài)型的改變改變生態(tài)型的方式生存下去，如植物生長(zhǎng)的特別矮小或肥大。51（4）抗氧化防衛(wèi)系統(tǒng)51重金屬超積累植物提取作用揮發(fā)植物揮發(fā)作用固化植物固定/穩(wěn)定化作用5.5.3重金屬的植物修復(fù)機(jī)理5.5.3.1植物對(duì)重金屬的運(yùn)輸（自學(xué)）

5.5.3.2重金屬的植物修復(fù)類型52重金屬超積累植物提取作用5.5.3重金（1）植物提取修復(fù)(phytoextraction)

利用超積累植物從污染土壤或水體中超量吸收、積累一種或幾種重金屬元素，之后將植物整體（包括部分根）收獲并集中進(jìn)行熱處理，化學(xué)處理或微生物處理，然后再重復(fù)上述步驟最終使污染環(huán)境中重金屬含量降低到可接受的水平。53（1）植物提取修復(fù)(phytoextraction)53適應(yīng)重金屬脅迫的植物

a.重金屬排異性植物不吸收或少吸收重金屬元素；將吸收的重金屬鈍化在植物的地下部分，使其不向地上部分轉(zhuǎn)移；

b.重金屬超積累植物大量吸收重金屬元素，植物仍能正常生長(zhǎng)。54適應(yīng)重金屬脅迫的植物54超富集植物Brooks

1977參考值（Baker,2000）：

植物葉片或地上部干重中，

＞100mg/kg鎘

＞1000mg/kg砷、鈷、銅、鎳、鉛

＞10000mg/kg錳、鋅超富集植物是能超量吸收重金屬并將其運(yùn)移到地上部的特殊植物。比值大于1。對(duì)于超富集植物的界定，植物地上部重金屬含量是常用的指標(biāo)。超富集植物區(qū)別于普通植物的表現(xiàn)特征：超富集植物Brooks

1977參考值（Baker,20055重金屬超富集植物是植物修復(fù)的核心和基礎(chǔ)。只有尋找到某種重金屬相對(duì)應(yīng)的超富集植物，才能實(shí)施植物修復(fù)。由于可以達(dá)到“種植物,收金屬”的理想境界,重金屬超富集植物向來是人們研究的重點(diǎn)。56重金屬超富集植物是植物修復(fù)的核心和基礎(chǔ)。只有尋找到某種重金屬重金屬在土壤普通植物中的平均濃度及其在超富集植物中的臨界標(biāo)準(zhǔn)(mg/kg)重金屬元素土壤中含量普通植物中含量超累積植物臨界標(biāo)準(zhǔn)鎘100鈷1011000鉻6011000錳850801000鈣20101000鎳4021000鉛1051000鋅5010010000達(dá)到臨界標(biāo)準(zhǔn)，才能算是超富集植物。只有找到這種重金屬的超富集植物，才能修復(fù)這種重金屬污染的土壤。世界上已發(fā)現(xiàn)400多種典型的超富集植物，其中超過六成是Ni超富集植物。重金屬在土壤普通植物中的平均濃度重金屬元素土壤中含量普通植物57已知超富集植物地上部分的金屬含量（mg/kg）金屬超累積植物含量鎘天藍(lán)遏藍(lán)菜（Thlaspicaerulescens）1800銅高山甘薯（Ipomoeaalpina）12300鈷Haumaniasturmrobetii10200鉛圓葉遏藍(lán)菜（T.rotundifolium）8200錳粗脈葉澳洲堅(jiān)果Macadamianeurophylla51800鎳九節(jié)木屬(P.douarrei)47500鋅天藍(lán)遏藍(lán)菜（T.caerulescens）51600已知超富集植物地上部分的金屬含量（mg/kg）金屬超累積植物58理想的超富集植物特征：1）對(duì)土壤中重金屬具有較強(qiáng)的吸收和向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的能力。地上部的金屬含量應(yīng)比普通植物高百倍甚至上千倍。地上部重金屬含量高于土壤重金屬含量(即富集系數(shù)BF>1、地上部重金屬含量高于根部重金屬含量(即轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)TF>1)2）具有較快的生長(zhǎng)速度和較大的生物量。理想的超富集植物特征：59蜈蚣草砷超富集植物野外條件下其生物量（鮮重）最高達(dá)到36t/hm2，并且植物體內(nèi)砷的濃度最高可達(dá)2.3%，國(guó)內(nèi)已有修復(fù)基地。蜈蚣草砷超富集植物野外條件下其生物量（鮮重）最高達(dá)到36t/60鎳超富集植物大戟諸葛菜黃楊龍船花鎳超富集植物大戟諸葛菜黃楊龍船花61鋅超富集植物遏藍(lán)菜長(zhǎng)鄂堇菜Zn超量積累植物的分布較少，目前發(fā)現(xiàn)的約有18種，主要是十字花科遏藍(lán)菜屬植物。鋅超富集植物遏藍(lán)菜長(zhǎng)鄂堇菜Zn超量積累植物62鉛超富集植物砷超富集植物玉米印度芥菜蜈蜙草鉛超富集植物砷超富集植物玉米印度芥菜蜈蜙草63商陸鎘超富集植物商陸鎘超富集植物64超積累種鴨趾草中銅的濃度超過1000μg/g干重時(shí)，并未觀察到明顯的中毒癥狀。東南景天：產(chǎn)廣西、廣東、臺(tái)灣、福建、貴州、四川、湖北、湖南、江西、安徽、浙江至江蘇宜興。Zn/Cd共超積累及鉛富集植物鴨趾草65超積累種鴨趾草中銅的濃度超過1000μg/g干重時(shí)，并未觀察超量積累植物資源：常規(guī)育種：篩選突變株將超量積累植物與生物量高的親緣植物雜交轉(zhuǎn)基因育種：通過引入金屬硫蛋白（metallothioneins）基因或引入編碼MerA（汞離子還原酶）的半合成基因，增加了植物對(duì)金屬的耐受性。66超量積累植物資源：66目前，對(duì)植物富集后的生物量的處理還沒有比較妥善的解決辦法。有人提出將富集重金屬的生物量燃燒發(fā)電，也有人主張將其中的金屬提取出來。但目前的技術(shù)手段還很難實(shí)現(xiàn)，而且這兩種處理方法的造價(jià)都太高。一種現(xiàn)實(shí)的處理辦法是暫時(shí)存放，可以將超富集植物燒成灰后，當(dāng)做特殊垃圾深挖、填埋，或是運(yùn)到鉛、鋅等重金屬礦區(qū)的尾礦庫中與尾礦渣一起貯存，等將來技術(shù)手段進(jìn)步了再進(jìn)行提煉。67目前，對(duì)植物富集后的生物量的處理還沒有比較妥善的解決辦法。有案例：美國(guó)Viridian環(huán)境公司對(duì)加拿大OntarioNi污染土壤的治理，每年可以從重金屬回收當(dāng)中獲得2500美元·hm-2的收益，顯示了較好的商業(yè)化應(yīng)用前景。植物從環(huán)境中提取和濃縮某種元素是一個(gè)自然的、僅消耗光能的過程，因此植物修復(fù)就是利用這一過程的優(yōu)點(diǎn)而形成的一種綠色技術(shù)。68案例：68應(yīng)用的制約：①只能積累某些元素，不能對(duì)所有關(guān)注元素都有積累②生長(zhǎng)緩慢，生物量低③農(nóng)藝性狀，病蟲害，育種－了解少。69應(yīng)用的制約：69（2）植物揮發(fā)修復(fù)(Phytovolatilization)

某些易揮發(fā)污染物被植物吸收后從植物表面組織空隙中揮發(fā)。植物揮發(fā)修復(fù)技術(shù)對(duì)于揮發(fā)性重金屬的修復(fù)有顯著效果，但這種揮發(fā)性重金屬轉(zhuǎn)移到大氣中的做法，有可能帶來新的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，所以，植物揮發(fā)修復(fù)應(yīng)用范圍較小。70（2）植物揮發(fā)修復(fù)(Phytovolatilization)目前這方面研究最多的元素是汞和硒。汞是一種易揮發(fā)重金屬，主要以無機(jī)態(tài)汞和有機(jī)態(tài)汞存在。研究發(fā)現(xiàn)，某些細(xì)菌可以通過酶的作用將甲基汞和離子態(tài)汞轉(zhuǎn)化為毒性小得多的單質(zhì)汞并揮發(fā)到大氣中。因此，科學(xué)家在尋找汞超積累植物的同時(shí)，試圖將細(xì)菌體內(nèi)對(duì)汞的轉(zhuǎn)化基因轉(zhuǎn)導(dǎo)到植物中去，由此提高植物對(duì)汞的揮發(fā)修復(fù)能力。71目前這方面研究最多的元素是汞和硒。71

案例：美國(guó)科學(xué)家已成功將去甲基汞毒性的兩種基因轉(zhuǎn)導(dǎo)到煙草和植物擬南芥，這兩種基因分別是汞離子還原基因和有機(jī)汞催化破壞基因，其中有機(jī)汞催化破壞基因能催化有機(jī)汞釋放汞，然后由汞離子還原基因催化植物所吸收的汞發(fā)生還原反應(yīng)變?yōu)閱钨|(zhì)汞，再由植物把單質(zhì)汞揮發(fā)到大氣中去。72案例：72紫云英可以從污染土壤中吸收硒，之后將其在體內(nèi)轉(zhuǎn)化，并以二甲基硒和二甲基二硒等形態(tài)揮發(fā)掉。以及一些農(nóng)作物如水稻、花椰菜、卷心菜、胡蘿卜、大麥和苜蓿等對(duì)硒都有較強(qiáng)的吸收和揮發(fā)能力。73紫云英可以從污染土壤中吸收硒，之后將其在體內(nèi)轉(zhuǎn)化，并以二甲基（3）植物固定/穩(wěn)定化修復(fù)植物固定(Phytostabilization)

利用植物將有毒有害污染物如重金屬聚集在根系地帶,降低其活動(dòng)性,阻止其向深層土壤或地下水中擴(kuò)散,但并不為植物利用,即根系對(duì)污染物起固定作用。失去生物有效性A

根分泌物積累沉淀污染物質(zhì)減少毒害作用B

植物生長(zhǎng)減少風(fēng)蝕、水蝕污染物質(zhì)擴(kuò)散、遷移防止防止污染周圍環(huán)境74（3）植物固定/穩(wěn)定化修復(fù)植物固定(Phytostabili原理保護(hù)污染土壤不受侵蝕，減少土壤滲濾以防止污染物的淋溶;通過在根部累積和沉淀對(duì)污染物起到鈍化或穩(wěn)定化作用。應(yīng)用可用于采礦、冶煉廠、污泥等污染土壤的修復(fù)。風(fēng)險(xiǎn)不是徹底去除污染物，僅形態(tài)發(fā)生變化，環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)其生物有效性又會(huì)發(fā)生改變。原理755.6放射性核素及富營(yíng)養(yǎng)化物的植物修復(fù)

桉樹：Cs、Sr水體富營(yíng)養(yǎng)

（N、P)765.6放射性核素及富營(yíng)養(yǎng)化物的植物修復(fù)

桉樹：Cs、Sr75.7污染土壤植物修復(fù)時(shí)間的估算5.7.1重金屬污染土壤植物修復(fù)計(jì)算污染物吸收速率與修復(fù)時(shí)間可用下式進(jìn)行估算：M=M0e-ktk=U/M0t=-(lnM/M0)/k式中，U為污染物吸收速率(kg/a)；M0為污染物的初始質(zhì)量(kg)；

k為植物一級(jí)吸收速率常數(shù)(a-1)；

M為任一時(shí)間殘留的污染物質(zhì)量(kg)；

t為將某一污染場(chǎng)地清潔到一定標(biāo)準(zhǔn)后所需的時(shí)間(a)。U值的確定：田間試驗(yàn)，文獻(xiàn)查閱。5.7污染土壤植物修復(fù)時(shí)間的估算77例題：某場(chǎng)地遭受輕度鉛污染，30.48cm土壤深度范圍內(nèi)鉛的濃度為600mg/kg，清潔達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為400mg/kg。場(chǎng)地每年種植印度芥菜并進(jìn)行相應(yīng)的施肥和收割以達(dá)到植物萃取金屬的目的。（土壤比重1.5）如果植物修復(fù)過程中施用小劑量EDTA后植物器官中鉛的含量可以達(dá)到5000mg/kg(烘干重)，每公頃每茬植物收得地上可收割部分的干重物質(zhì)為8t，則每年收割3茬植物總的干物質(zhì)量可達(dá)到24t。試計(jì)算修復(fù)年限。例題：78U=5000mg/kg*(24t/hm2a)=120kg/hm2a假如M0為比重1.5的土壤中鉛的初始質(zhì)量，則：M0＝600*1.5t/m3*104m2*(30.48*10-2m)=2743kg/hm2k＝U/M0=120/2743=0.04a-1假定清潔標(biāo)準(zhǔn)定為400mg/kg，則殘留污染的質(zhì)量為M(kg)：M＝400*1.5t/m3*104m2*(30.48*10-2m)=1829kg/hm2t=-(lnM/M0)/K=-(ln1829/2743)/0.04=10.13aU=5000mg/kg*(24t/hm2a)=120795.7.2有機(jī)污染土壤植物修復(fù)時(shí)間計(jì)算假定植物萃取呈一級(jí)反應(yīng)：M=M0e-ktk=U/M0U＝(TSCF)(T)(C)t=-(lnM/M0)/k式中，U為污染物的吸收速率(mg/L);T為植物的蒸發(fā)速率(L/d)，TSCF為蒸發(fā)流濃度系數(shù)，無量綱;C為土壤溶液中液相的濃度(mg/L)。5.7.2有機(jī)污染土壤植物修復(fù)時(shí)間計(jì)算80最新4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理課件81最新4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理課件82例題：假設(shè)某污染土壤從地表到3m深處未飽和帶均可發(fā)現(xiàn)四氯乙烯殘留物。實(shí)測(cè)土壤水溶液樣品中污染物的濃度為100mg·L-1。如果在廢棄物上長(zhǎng)期種植密度為每公頃3600棵的雜交楊柳樹用以吸收和轉(zhuǎn)化四氯乙烯廢棄物，每棵樹每年蒸發(fā)大約2000L水。假如每英畝土壤中四氯乙烯的質(zhì)量為2500kg/hm2，清潔標(biāo)準(zhǔn)定為250kg/hm2(剔除掉90%)的污染物，查表TSCF=0.74。試計(jì)算修復(fù)年限。例題：83T=2000*3600＝7.2*106（L/hm2a）C=100mg·L-1U=0.74*7.2*106L/hm2a*100mg·L-1=532.8kg/hm2aK=U/M0=532.8/2500=0.21a-1M=250kg/hm2M0=2500kg/hm2t=-(lnM/M0)/k=10.95a當(dāng)大部分四氯乙烯被楊樹吸收后，會(huì)緩慢地蒸發(fā)到大氣圈中，只有部分四氯乙烯會(huì)被植物的葉部和木質(zhì)部組織新陳代謝掉。T=2000*3600＝7.2*106（L/hm2a）84最新4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理課件854-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理86目錄5.1概述5.2植物對(duì)污染物的修復(fù)作用5.3影響植物修復(fù)的環(huán)境因子5.4有機(jī)污染物的植物修復(fù)5.5重金屬的植物修復(fù)5.6放射性核素及富營(yíng)養(yǎng)化物的植物修復(fù)87目錄2最新4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理課件88最新4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理課件89最新4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理課件90最新4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理課件91最新4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理課件92最新4-3-2_污染環(huán)境的植物修復(fù)原理課件93植物修復(fù)在空氣污染中的應(yīng)用

氮氧化物NxOy是污染空氣的一類主要化合物，NO2同O3在光照的條件下容易形成光化學(xué)煙霧，N2O是一種能引起溫室效應(yīng)的氣體，它可以輻射傳熱,破壞同溫層的O3。某些植物將氮氧化物轉(zhuǎn)化為氨基酸或以其為氮源加以利用,利用這些植物去除空氣中的氮氧化物無疑是環(huán)保節(jié)能的好方法。94植物修復(fù)在空氣污染中的應(yīng)用9龍舌蘭：在10平方米左右的房間內(nèi)，可消滅70％的苯、50％的甲醛和24％的三氯乙烯蘆薈：在24小時(shí)照明的條件下，可以消滅1立方米空氣中所含的90％的甲醛。95龍舌蘭：在10平方米左右的房間內(nèi)，可消滅70％的苯、50％的（2）植物促進(jìn)(Phytoaccumulation)也稱之為植物提取,植物根系將土壤中重金屬或有機(jī)污染物從污染的土壤中轉(zhuǎn)移到植物的地上部分。一般指那些能累積超過葉子干重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多種這樣的植物。96（2）植物促進(jìn)(Phytoaccumulation)也稱之為1583年，Cesalpino首次發(fā)現(xiàn)“黑色的巖石”上生長(zhǎng)的特殊植物，1814年，Desvaux將其命名為Alyssumbertolonii(庭薺屬)，1848年，Minguzzi和Vergnano測(cè)定該植物葉片含鎳高達(dá)7900mg/kg。1977年，Brooks將這類植物命名為“超富集植物”(hyperaccumulator)。1983年，Chaney提出利用植物提取土壤中的污染物，通過收割植物帶走土壤中污染物的設(shè)想。971583年，Cesalpino首次發(fā)現(xiàn)“黑色的巖石”上生長(zhǎng)的（3）植物揮發(fā)(Phytovolatilization)某些易揮發(fā)污染物被植物吸收后從植物表面組織空隙中揮發(fā)。如桉樹降解三氯乙烯(TCE)、甲基叔丁基醚(MTBE)，印度芥菜降解硒化合物；煙草揮發(fā)甲基汞。從植物莖葉揮發(fā)出的物質(zhì)可能被空氣中的活性羥基分解。如有毒的Hg2+經(jīng)植物揮發(fā)后變成了低毒的Hg，高毒的硒變成了低毒的硒化物氣體等。98（3）植物揮發(fā)(Phytovolatilization)某些（4）植物降解（Phytodegradation）利用某些植物特有的轉(zhuǎn)化和降解作用去除水體和土壤中有機(jī)污染物質(zhì)的一種方式。修復(fù)途徑主要有兩個(gè)方面：如：硝基還原酶和樹膠氧化酶可以將彈藥廢物如TNT分解B

根分泌的物質(zhì)直接降解根際圈內(nèi)有機(jī)污染物如：漆酶對(duì)TNT（三硝基甲苯）的降解，脫鹵酶對(duì)含氯溶劑如TCE（三氯乙烯）的降解等A

污染物植物體木質(zhì)化作用植物組織礦化為CO2和H2O無毒或毒性小99（4）植物降解（Phytodegradation）利用某些植（5）根際圈生物降解(Rhizodegradation)根系降解：

植物中超過20%的營(yíng)養(yǎng)成分如糖分、氨基酸、有機(jī)酸等都聚集在根部,因此會(huì)生長(zhǎng)很多微生物,尤其在根表面向外1~3mm的地方,這些微生物是沒有種植過植物的土壤的3~4倍。一些微生物可以同植物相結(jié)合促進(jìn)重金屬的轉(zhuǎn)化,也可以礦化某些有機(jī)污染物如PAHs、PCBs。植物微生物體系水分養(yǎng)料根分泌物質(zhì)降解有機(jī)物的原料（共代謝的原料）100（5）根際圈生物降解(Rhizodegradation)根系（6）植物固定(Phytostabilization）利用植物將有毒有害污染物如重金屬聚集在根系地帶,降低其活動(dòng)性,阻止其向深層土壤或地下水中擴(kuò)散,但并不為植物利用,即根系對(duì)污染物起固定作用。101（6）植物固定(Phytostabilization）利用植5.1.2植物修復(fù)的優(yōu)勢(shì)及存在的問題優(yōu)勢(shì)：植物修復(fù)開發(fā)和應(yīng)用潛力巨大。植物修復(fù)符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的理念。（太陽能為能源、蒸騰作用、無二次污染、肥力增加，

回收金屬等）植物修復(fù)過程易于社會(huì)接受。1025.1.2植物修復(fù)的優(yōu)勢(shì)及存在的問題優(yōu)勢(shì)：植物修復(fù)開發(fā)和局限性：需要光、T、水分等適宜的環(huán)境條件，及病、蟲草害的影響；對(duì)于污染程度過重、或污染物分布為植物根系所達(dá)不到，甚至不適于植物生長(zhǎng)的污染土壤或水體的修復(fù)并不適用；對(duì)于復(fù)合污染土壤或水體，采用一種修復(fù)植物或幾種修復(fù)植物相結(jié)合的修復(fù)方式往往也難以達(dá)到修復(fù)要求；修復(fù)周期較長(zhǎng)，難以滿足快速修復(fù)污染環(huán)境的需求。103局限性：18修復(fù)原理：主要是通過植物自身的光合、呼吸、蒸騰和分泌等代謝活動(dòng)與環(huán)境中的污染物質(zhì)和微生態(tài)環(huán)境發(fā)生交互反應(yīng)，從而通過吸收、分解、揮發(fā)、固定等過程使污染物達(dá)到凈化和脫毒的修復(fù)效果。

5.2植物對(duì)污染物的修復(fù)作用104修復(fù)原理：主要是通過植物自身的光合、呼吸、蒸騰和分泌等代謝活5.2.1植物吸收、排泄與積累（1）植物吸收植物為了維持正常的生命活動(dòng)，必須不斷地從周圍環(huán)境中吸收水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。植物具有廣泛吸收性，除對(duì)少數(shù)幾種元素表現(xiàn)出選擇性吸收外，對(duì)不同的元素來說只是吸收能力大小不同而已。植物吸收的3種方式：被動(dòng)吸收、避、超積累1055.2.1植物吸收、排泄與積累（1）植物吸收20（2）植物排泄向外排泄體內(nèi)多余的物質(zhì)和代謝物質(zhì)（排泄物或揮發(fā)的形式）

植物排泄途徑： ①經(jīng)過根吸收后，再經(jīng)葉片或莖等地上器官排出去(如汞、硒等）。 ②葉片吸收后，根排泄。 ③去舊生新106（2）植物排泄21（3）植物積累進(jìn)入植物體內(nèi)的污染物質(zhì)雖可經(jīng)生物轉(zhuǎn)化過程成為代謝產(chǎn)物經(jīng)排泄途徑排出體外，但大部分污染物質(zhì)與蛋白質(zhì)或多肽等物質(zhì)具有較高的親和性而長(zhǎng)期存留在植物的組織或器官中，在一定的時(shí)期內(nèi)不斷積累增多而形成富集現(xiàn)象，還可在某些植物體內(nèi)形成超富集。107（3）植物積累22用富集系數(shù)來表征植物對(duì)某種元素或化合物的積累能力，

富集系數(shù)（BCF）=植物體內(nèi)某種元素含量/土壤中該種元素含量用位移系數(shù)來表征某種重金屬元素或化合物從植物根部到植物地上部的轉(zhuǎn)移能力，即位移系數(shù)（TF）=植物地上部某種元素含量/植物根部該種元素含量

富集系數(shù)越大，表示植物積累該種元素的能力越強(qiáng)。位移系數(shù)越大，說明植物由根部向地上部運(yùn)輸該元素能力越強(qiáng)，利于植物提取修復(fù)。當(dāng)植物吸收和排泄的過程呈動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，植物雖然仍以某種微弱的速度在吸收污染物質(zhì)，但在體內(nèi)的積累量已不再增加，而是達(dá)到了一個(gè)極限值，叫臨界含量，此時(shí)的富集系數(shù)稱為平衡富集系數(shù)。108用富集系數(shù)來表征植物對(duì)某種元素或化合物的積累能力，23（4）植物吸收、排泄和積累間的關(guān)系

動(dòng)態(tài)平衡(圖5-3)

根據(jù)植物根對(duì)污染物質(zhì)吸收的難易程度，可將土壤中污染物分為：可吸收態(tài)：土壤溶液中的污染物如游離離子及螯合離子難吸收態(tài)：殘?jiān)鼞B(tài)等難為植物吸收的交換態(tài)：介于兩者之間，包括被黏土和腐殖質(zhì)吸附的污染物可吸收態(tài)交換態(tài)難吸收態(tài)109（4）植物吸收、排泄和積累間的關(guān)系根據(jù)植物根對(duì)污染物質(zhì)吸收的110255.3影響植物修復(fù)的環(huán)境因子共存物質(zhì)溫度氧化還原電位污染物間的復(fù)合效應(yīng)生物因子植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)酸堿度植物激素5.3影響植物修復(fù)的環(huán)境因子共存物質(zhì)溫度氧化還原電位污染111影響土壤重金屬活性的主要因素，影響溶解和沉淀平衡，pH高重金屬易沉淀，不易生物吸收。以Cd、Zn為例，隨pH升高，Cd、Zn趨于穩(wěn)定;在低pH時(shí)，沉積物中生物可吸收態(tài)的水溶液和可交換態(tài)Cd、Zn的濃度有明顯增加。可能不是單一的遞增或遞減。（1）pH值112影響土壤重金屬活性的主要因素，影響溶解和沉淀平衡，pH高重金（2）氧化還原電位Eh

重金屬在不同的氧化還原狀態(tài)下，有不同的形態(tài)且可互相轉(zhuǎn)化。Cd：在還原條件下，有機(jī)結(jié)合態(tài)Cd最穩(wěn)定，但在氧化條件下，有機(jī)結(jié)合態(tài)鎘則被轉(zhuǎn)化為生物可利用的水溶態(tài)、可交換態(tài)或溶解絡(luò)合態(tài)而釋放到水體中，并隨Eh增大，其釋放量增多。淹水抽穗113（2）氧化還原電位Eh28(3)共存物質(zhì)可改變重金屬的存在狀態(tài)：絡(luò)合-螯合劑：與可溶態(tài)金屬結(jié)合，防止金屬沉淀或吸附在土壤上，增加重金屬的移動(dòng)性和植物利用性。同時(shí)，被吸附態(tài)和結(jié)合態(tài)的金屬離子溶解如，土壤中植物吸收Pb的能力很低→→土壤中加入絡(luò)合劑（EDTA）→→增加植物根對(duì)Pb的吸收能力富里酸對(duì)結(jié)合態(tài)汞有較強(qiáng)的吸附能力，易于促進(jìn)礦物汞由固定結(jié)合態(tài)向有機(jī)溶解態(tài)轉(zhuǎn)化，而被植物吸收。114(3)共存物質(zhì)29（4）植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是影響植物吸收重金屬的要素，有些已成為調(diào)控重金屬植物毒性的途徑與措施。實(shí)驗(yàn)表明N、P、K等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)超積累植物吸收重金屬有較大的影響。例如，在對(duì)小麥?zhǔn)┯玫实倪^程中發(fā)現(xiàn)，硝酸銨不僅能夠增加小麥對(duì)土壤中Cd的吸收，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，而且NH4＋進(jìn)入土壤后發(fā)生硝化作用，短期內(nèi)可使土壤pH值明顯下降，增加了Cd的生物有效性，更重要的是NH4Cd形成絡(luò)合物而降低土壤對(duì)Cd的吸附。115（4）植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)30（5）污染物間的復(fù)合作用多種污染物－復(fù)合污染，拮抗和促進(jìn)（6）植物激素植物體內(nèi)合成的，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生明顯調(diào)節(jié)作用的微量生理活性物質(zhì)。（植物激素類除草劑）（7）生物因子菌根真菌－增加生長(zhǎng)，降低土壤中的重金屬含量等。

116（5）污染物間的復(fù)合作用31（8）溫度溫度首先會(huì)影響水生植物的生長(zhǎng)，溫度還會(huì)影響水體重金屬離子的活性，以及水體懸浮泥沙、底泥對(duì)重金屬的吸附，進(jìn)而影響植物的吸收。（9）重金屬的種類及其形態(tài)差異

植物對(duì)有些元素容易吸收而對(duì)另一些元素很難吸收，通過植物對(duì)Cr,Hg,As,Cd的吸收比較發(fā)現(xiàn)植物最容易吸收Cd和As，而對(duì)Cr的吸附量就很少。同一元素的不同價(jià)態(tài)吸收系數(shù)差別很大，如水稻對(duì)Cr3＋的吸收系數(shù)平均值為0.032，而對(duì)Cr6＋則為0.056，可見Cr6＋的吸收系數(shù)大于Cr3＋。117（8）溫度325.4有機(jī)污染物的植物修復(fù)直接吸收和降解酶的作用根際的生物降解5.4.1植物對(duì)有機(jī)污染物的修復(fù)作用（3種機(jī)制）1185.4有機(jī)污染物的植物修復(fù)直接吸收和降解酶的作用根際的生（1）直接吸收和降解植物根－中度憎水性有機(jī)物吸收好:0.5≤lgKow≤3.0Kow是有機(jī)化合物在辛醇和水兩相平衡濃度之比。辛醇對(duì)有機(jī)物的分配與有機(jī)物在土壤有機(jī)質(zhì)的分配極為相似，＞3.0憎水，根部吸附緊密，不易進(jìn)入植物體內(nèi)；＜0.5，親水，不易與根部吸附，不易進(jìn)入植物體苯系物，氯代溶劑，短鏈脂肪族化合物植物吸收后－木質(zhì)化作用新的組織中礦化－二氧化碳和水揮發(fā)119（1）直接吸收和降解植物根－中度憎水性有機(jī)物吸收好:0.5≤（2）酶的作用植物對(duì)有機(jī)污染物的吸收強(qiáng)度－比無機(jī)物低主要靠－根系分泌物對(duì)有機(jī)物的污染產(chǎn)生的配合和降解等作用；根系釋放到土壤中的酶的直接降解作用。死的植物根－酶－分解作用－脫鹵酶等（3）根際的生物降解植物以多種方式幫助微生物的轉(zhuǎn)化包括：植物根的微生物區(qū)系＋內(nèi)生微生物120（2）酶的作用植物對(duì)有機(jī)污染物的吸收強(qiáng)度－比無機(jī)物低（3）根根分泌酶和有機(jī)酸微生物土壤界面促進(jìn)根區(qū)微生物的生長(zhǎng)和繁殖，以利于降解有毒化學(xué)物質(zhì)。根系分泌物：糖類，醇類，酸類，細(xì)根的腐解－有機(jī)碳121根分泌酶和有機(jī)酸微生物土壤界面促進(jìn)根區(qū)微生物的生長(zhǎng)和繁殖，以

植物-微生物共生體(具有固氮菌的豆科植物)中,根分泌物養(yǎng)育了微生物，微生物的活動(dòng)也會(huì)促進(jìn)根系分泌物的釋放。植物可轉(zhuǎn)移氧氣使根區(qū)的好氧轉(zhuǎn)化作用正常進(jìn)行，降解不能被固氮菌單獨(dú)轉(zhuǎn)化的有機(jī)污染物。122植物-微生物共生體(具有固氮菌的豆科植物)中,根分泌物5.4.2典型有機(jī)污染物的植物修復(fù)污染物－酶促反應(yīng)－低毒，無毒物氧化，還原，水解，脫烴，脫鹵，羥基化，異構(gòu)化作用－降解（植物降解很強(qiáng)）（1）植物對(duì)農(nóng)藥的分解轉(zhuǎn)化作用耐藥性植物－分解殺蟲劑，除草劑，殺菌劑等高等植物體內(nèi)－降解農(nóng)藥的基本生化反應(yīng)為：氧化、還原、水解、異構(gòu)化、軛合反應(yīng)等。1235.4.2典型有機(jī)污染物的植物修復(fù)污染物－酶促反應(yīng)－低毒，無（2）植物對(duì)其他有機(jī)污染物的分解轉(zhuǎn)化作用分解轉(zhuǎn)化石油、洗滌劑、塑料、造紙、印染工業(yè)產(chǎn)生的廢物。12439水葫蘆水葫蘆（學(xué)名鳳眼蓮）可以去除水體中的有機(jī)磷農(nóng)藥、染料、酚、多環(huán)芳烴、甲基對(duì)硫磷等有機(jī)污染物；能從污水中除去鎘、鉛、汞、鉈、銀、鈷、鍶等重金屬元素。龍葵能有效地降解PCBs（多氯聯(lián)苯），對(duì)Cd富集。龍葵125水葫蘆水葫蘆（學(xué)名鳳眼蓮）可以去除水體中的有機(jī)磷農(nóng)藥、染料、龍葵126龍葵41苜蓿草和水稻已成功地用于土壤中PAHs（多環(huán)芳烴)的修復(fù),在6個(gè)月內(nèi)可以將PAHs總量降低57%；127苜蓿草和水稻已成功地用于土壤中PAHs（多環(huán)芳烴)的修復(fù),在5.5.1重金屬對(duì)植物的傷害機(jī)制脅迫〉忍耐限度→→傷害：生長(zhǎng)、繁殖受阻，至死亡重金屬對(duì)植物的影響：a.抑制植物種子萌發(fā)；b.抑制植物的生長(zhǎng)，表現(xiàn)為植株矮小，生長(zhǎng)緩慢，生物量減??；c.抑制植物生殖，表現(xiàn)為生育期推遲，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使生殖生長(zhǎng)完全停止，甚至不開花結(jié)果。5.5重金屬的植物修復(fù)1285.5.1重金屬對(duì)植物的傷害機(jī)制脅迫〉忍耐限度→→傷害：生長(zhǎng)重金屬對(duì)植物的傷害機(jī)理的表現(xiàn)：①細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能受到破壞；②光合作用受到抑制；③呼吸作用發(fā)生紊亂；④糖類和氮素代謝受到抑制；⑤細(xì)胞核核仁遭到破壞；⑥植物激素發(fā)生變化。129重金屬對(duì)植物的傷害機(jī)理的表現(xiàn)：44

此外，重金屬還通過影響根系微生態(tài)環(huán)境及產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)脅迫而對(duì)植物造成傷害。主要表現(xiàn)為：①對(duì)根際土壤微生物產(chǎn)生毒害作用；②全部或部分地抑制土壤生化反應(yīng)；③與礦物元素發(fā)生拮抗和協(xié)同作用。130此外，重金屬還通過影響根系微生態(tài)環(huán)境及產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)脅這張圖片表現(xiàn)的是吸收重金屬以后的植物：A：采集后壓制植物的一般照片（有黃斑）；B：X-射線放射自顯影照片（能看出金屬元素所在的部位）；C：計(jì)算機(jī)重構(gòu)的放射自顯影圖（能看出金屬元素所在的部位）。131這張圖片表現(xiàn)的是吸收重金屬以后的植物：465.5.2植物對(duì)重金屬的抗性機(jī)制當(dāng)環(huán)境中重金屬含量過高時(shí)，通常會(huì)對(duì)植物造成傷害。但植物也具有一些抗性機(jī)制來削除或減輕這種傷害，以使植物還能夠生長(zhǎng)。主要途徑為：

（1）阻止重金屬進(jìn)入體內(nèi)

許多植物根部具有某種“避”的機(jī)制，可以使根系周圍大量重金屬離子被阻止在根部，阻止重金屬進(jìn)入根內(nèi)并向地上部位運(yùn)輸，從而使植物免受傷害或減輕傷害。1325.5.2植物對(duì)重金屬的抗性機(jī)制47

其避性機(jī)理一方面在于植物根分泌的有機(jī)酸等物質(zhì)，改變了根際圈pH值及氧化還原電位梯度，降低重金屬的生物可利用性。另一方面，可能在于菌根真菌對(duì)重金屬的屏障作用。一般認(rèn)為，植物對(duì)重金屬的這種阻礙機(jī)制是普遍存在的，但當(dāng)污染水平超過某一臨界值時(shí)，這種抵御能力就會(huì)失去作用，植物仍然會(huì)受傷害。133其避性機(jī)理一方面在于植物根分泌的有機(jī)酸等物質(zhì)，改變了（2）將重金屬排出體外進(jìn)入植物體內(nèi)的重金屬也可以通過某些機(jī)制被排出體外，從而達(dá)到解毒的目的。其排出體外的主要途徑是排放，也可以通過衰老的方式如分泌一些脫落酸促進(jìn)老葉或受毒害葉片脫落等作用把重金屬排出體外。（3）對(duì)重金屬的活性鈍化

植物還可以通過將積累在體內(nèi)的重金屬沉積在細(xì)胞壁等生理活性較弱區(qū)域，以此來阻止重金屬對(duì)細(xì)胞內(nèi)溶物的傷害。近年來的研究證實(shí)，許多植物將重金屬累積在液泡，這種區(qū)域化作用將重金屬與細(xì)胞內(nèi)其他物質(zhì)隔離開來。134（2）將重金屬排出體外（3）對(duì)重金屬的活性鈍化49蜈蚣草的毛狀體對(duì)砷具有特殊的富集能力，羽片胞液是砷的主要儲(chǔ)存部位，對(duì)砷具有明顯的區(qū)域化作用，砷毒因此被“密封”在蜈蚣草體內(nèi)的安全部位，不會(huì)影響植物的整體生長(zhǎng)發(fā)育。135蜈蚣草的毛狀體對(duì)砷具有特殊的富集能力，羽片胞液是砷的主要儲(chǔ)存（4）抗氧化防衛(wèi)系統(tǒng)植物受重金屬污染后會(huì)產(chǎn)生一些抗氧化劑保護(hù)系統(tǒng)。其中酶性清除劑主要有超氧化物歧化酶，脫氫酶，過氧化氫酶，氧化物酶，抗壞血酸過氧化物酶，谷胱甘肽還原酶，谷胱甘肽過氧化物酶等。（5）生態(tài)型的改變改變生態(tài)型的方式生存下去，如植物生長(zhǎng)的特別矮小或肥大。136（4）抗氧化防衛(wèi)系統(tǒng)51重金屬超積累植物提取作用揮發(fā)植物揮發(fā)作用固化植物固定/穩(wěn)定化作用5.5.3重金屬的植物修復(fù)機(jī)理5.5.3.1植物對(duì)重金屬的運(yùn)輸（自學(xué)）

5.5.3.2重金屬的植物修復(fù)類型137重金屬超積累植物提取作用5.5.3重金（1）植物提取修復(fù)(phytoextraction)

利用超積累植物從污染土壤或水體中超量吸收、積累一種或幾種重金屬元素，之后將植物整體（包括部分根）收獲并集中進(jìn)行熱處理，化學(xué)處理或微生物處理，然后再重復(fù)上述步驟最終使污染環(huán)境中重金屬含量降低到可接受的水平。138（1）植物提取修復(fù)(phytoextraction)53適應(yīng)重金屬脅迫的植物

a.重金屬排異性植物不吸收或少吸收重金屬元素；將吸收的重金屬鈍化在植物的地下部分，使其不向地上部分轉(zhuǎn)移；

b.重金屬超積累植物大量吸收重金屬元素，植物仍能正常生長(zhǎng)。139適應(yīng)重金屬脅迫的植物54超富集植物Brooks

1977參考值（Baker,2000）：

植物葉片或地上部干重中，

＞100mg/kg鎘

＞1000mg/kg砷、鈷、銅、鎳、鉛

＞10000mg/kg錳、鋅超富集植物是能超量吸收重金屬并將其運(yùn)移到地上部的特殊植物。比值大于1。對(duì)于超富集植物的界定，植物地上部重金屬含量是常用的指標(biāo)。超富集植物區(qū)別于普通植物的表現(xiàn)特征：超富集植物Brooks

1977參考值（Baker,200140重金屬超富集植物是植物修復(fù)的核心和基礎(chǔ)。只有尋找到某種重金屬相對(duì)應(yīng)的超富集植物，才能實(shí)施植物修復(fù)。由于可以達(dá)到“種植物,收金屬”的理想境界,重金屬超富集植物向來是人們研究的重點(diǎn)。141重金屬超富集植物是植物修復(fù)的核心和基礎(chǔ)。只有尋找到某種重金屬重金屬在土壤普通植物中的平均濃度及其在超富集植物中的臨界標(biāo)準(zhǔn)(mg/kg)重金屬元素土壤中含量普通植物中含量超累積植物臨界標(biāo)準(zhǔn)鎘100鈷1011000鉻6011000錳850801000鈣20101000鎳4021000鉛1051000鋅5010010000達(dá)到臨界標(biāo)準(zhǔn)，才能算是超富集植物。只有找到這種重金屬的超富集植物，才能修復(fù)這種重金屬污染的土壤。世界上已發(fā)現(xiàn)400多種典型的超富集植物，其中超過六成是Ni超富集植物。重金屬在土壤普通植物中的平均濃度重金屬元素土壤中含量普通植物142已知超富集植物地上部分的金屬含量（mg/kg）金屬超累積植物含量鎘天藍(lán)遏藍(lán)菜（Thlaspicaerulescens）1800銅高山甘薯（Ipomoeaalpina）12300鈷Haumaniasturmrobetii10200鉛圓葉遏藍(lán)菜（T.rotundifolium）8200錳粗脈葉澳洲堅(jiān)果Macadamianeurophylla51800鎳九節(jié)木屬(P.douarrei)47500鋅天藍(lán)遏藍(lán)菜（T.caerulescens）51600已知超富集植物地上部分的金屬含量（mg/kg）金屬超累積植物143理想的超富集植物特征：1）對(duì)土壤中重金屬具有較強(qiáng)的吸收和向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的能力。地上部的金屬含量應(yīng)比普通植物高百倍甚至上千倍。地上部重金屬含量高于土壤重金屬含量(即富集系數(shù)BF>1、地上部重金屬含量高于根部重金屬含量(即轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)TF>1)2）具有較快的生長(zhǎng)速度和較大的生物量。理想的超富集植物特征：144蜈蚣草砷超富集植物野外條件下其生物量（鮮重）最高達(dá)到36t/hm2，并且植物體內(nèi)砷的濃度最高可達(dá)2.3%，國(guó)內(nèi)已有修復(fù)基地。蜈蚣草砷超富集植物野外條件下其生物量（鮮重）最高達(dá)到36t/145鎳超富集植物大戟諸葛菜黃楊龍船花鎳超富集植物大戟諸葛菜黃楊龍船花146鋅超富集植物遏藍(lán)菜長(zhǎng)鄂堇菜Zn超量積累植物的分布較少，目前發(fā)現(xiàn)的約有18種，主要是十字花科遏藍(lán)菜屬植物。鋅超富集植物遏藍(lán)菜長(zhǎng)鄂堇菜Zn超量積累植物147鉛超富集植物砷超富集植物玉米印度芥菜蜈蜙草鉛超富集植物砷超富集植物玉米印度芥菜蜈蜙草148商陸鎘超富集植物商陸鎘超富集植物149超積累種鴨趾草中銅的濃度超過1000μg/g干重時(shí)，并未觀察到明顯的中毒癥狀。東南景天：產(chǎn)廣西、廣東、臺(tái)灣、福建、貴州、四川、湖北、湖南、江西、安徽、浙江至江蘇宜興。Zn/Cd共超積累及鉛富集植物鴨趾草150超積累種鴨趾草中銅的濃度超過1000μg/g干重時(shí)，并未觀察超量積累植物資源：常規(guī)育種：篩選突變株將超量積累植物與生物量高的親緣植物雜交轉(zhuǎn)基因育種：通過引入金屬硫蛋白（metallothioneins）基因或引入編碼MerA（汞離子還原酶）的半合成基因，增加了植物對(duì)金屬的耐受性。151超量積累植物資源：66目前，對(duì)植物富集后的生物量的處理還沒有比較妥善的解決辦法。有人提出將富集重金屬的生物量燃燒發(fā)電，也有人主張將其中的金屬提取出來。但目前的技術(shù)手段還很難實(shí)現(xiàn)，而且這兩種處理方法的造價(jià)都太高。一種現(xiàn)實(shí)的處理辦法是暫時(shí)存放，可以將超富集植物燒成灰后，當(dāng)做特殊垃圾深挖、填埋，或是運(yùn)到鉛、鋅等重金屬礦區(qū)的尾礦庫中與尾礦渣一起貯存，等將來技術(shù)手段進(jìn)步了再進(jìn)行提煉。152目前，對(duì)植物富集后的生物量的處理還沒有比較妥善的解決辦法。有案例：美國(guó)Viridian環(huán)境公司對(duì)加拿大OntarioNi污染土壤的治理，每年可以從重金屬回收當(dāng)中獲得2500美元·hm-2的收益，顯示了較好的商業(yè)化應(yīng)用前景。植物從環(huán)境中提取和濃縮某種元素是一個(gè)自然的、僅消耗光能的過程，因此植物修復(fù)就是利用這一過程的優(yōu)點(diǎn)而形成的一種綠色技術(shù)。153案例：68應(yīng)用的制約：①只能積累某些元素，不能對(duì)所有關(guān)注元素都有積累②生長(zhǎng)緩慢，生物量低③農(nóng)藝性狀，病蟲害，育種－了解少。154應(yīng)用的制約：69（2）植物揮發(fā)修復(fù)(Phytovolatilization)

某些易揮發(fā)污染物被植物吸收后從植物表面組織空隙中揮發(fā)。植物揮發(fā)修復(fù)技術(shù)對(duì)于揮發(fā)性重金屬的修復(fù)有顯著效果，但這種揮發(fā)性重金屬轉(zhuǎn)移到大