高老师自用本科生讲座 土壤重金属污染与修复

高云涛制作,土壤重金属污染与修复,高云涛制作,曲靖陆良铬污染事件,6月12日，麒麟区环保局接报有70多只山羊因饮水中毒死亡，组织人员现场勘查后发现系山羊喝了剧毒工业废料铬渣下的积水造成。排查发现四-五月云南曲靖陆良县和平化工将5000吨剧毒铬渣倾倒在麒麟区越州镇山上，造成树木枯死，库容30万方的叉冲水库铬超标200倍，最严重的局域水体铬超标2000倍以上。,高云涛制作,曲靖陆良铬污染事件,陆良县和平化工22年年里，原陆良化工厂在南盘江边堆存铬渣总数为45.84万吨。,高云涛制作,曲靖陆良铬污染事件,该厂污水直接排放进南盘江珠江，有明沟有暗管有暗井，污水流过之处土壤呈斑斓色彩有臭味。化工厂种植一些水稻以示环保掩盖污染。,高云涛制作,曲靖陆良铬污染事件,环保部门和水利部门调查环保部调查组和水利部抵达曲靖，对铬渣致污情况展开调查。目的是为了评估该事件对于人畜饮水安全的影响，以及对南盘江水质和沿江下游水质的影响。,高云涛制作,曲靖陆良铬污染事件,环保部门和水利部门调查珠江委调查结果显示，黄泥堡水库、南盘江下桥闸上下游等敏感点水体未检出明显的六价铬污染；陆良化工实业有限公司铬渣堆场范围内，由于渗漏等原因，六价铬检出超标。,高云涛制作,曲靖陆良铬污染事件,化工位于陆良县西桥工业园区占的是兴隆村兴隆村有个水潭，曾经水流清澈，但如今浑浊、发黄，无人敢饮用。从南盘江抽水灌溉水稻后，秧苗发黄、死苗,叉冲水库（太阳岛水库）曾经的“鱼米之乡”,高云涛制作,曲靖陆良铬污染事件,村里近年来癌症患者明显增多，由于贫困，许多人并未得到有效治疗。,井水被污染不能喝进被锁了起来,患者靠生吃臭虫维持生活,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,什么是重金属？定义重金属是指比重大于5的金属（一般指密度大于4.5克每立方厘米的金属），也是指原子量大于55的金属。常见重金属：铅、铬、汞、镉、铜、锌，以及砷等。重金属污染的来源主要是采矿、冶炼等工矿企业排放的废气、废水和废渣,煤和石油等矿物燃料的燃烧以及农药化肥的过量使用，其中主要包括Hg、Cd、Pb、Cr、Zn、Cu、Ni及类金属As等。,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,我国重金属污染重大事件目前，世界各国土壤存在不同程度的重金属污染，全世界平均每年排放Hg约1.5万t、Cu为340万t、Pb为500万t、Mn为1500万t、Ni为100万t。当前我国区域农业环境恶化与农产品受重金属污染现象也十分严重，特别是在一些经济发达地区。据不完全统计，我国的耕地受污染面积2667万hm2,其中,工业/三废污染1000万hm2，农药残留施肥污染1000万hm2。受到镉、砷、铅、铬、汞等重金属污染的耕地近2000万hm2，约占总耕地面积的1/5，其中镉污染耕地1133万hm2，涉及11个省25个地区；被汞污染312万hm2，涉及15个省21个地区。,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,我国重金属污染重大事件1.2009年4月，湘江重金属污染威胁4000万人饮用水安全。2.2009年7月，山东省南涑河出现突发性砷化物超标现象。3.2009年8月，湖南武冈市企业污染造成千余儿童血铅超标。4.2009年8月，陕西凤翔县东岭冶炼公司致800多名儿童血铅含量超标。5.2009年8月云南昆明东川区200多名儿童血铅超标。6.2009年9月，福建龙岩上杭县100多名少儿血铅含量超标。7.2009年10月，河南济源千名儿童血铅超标32家污染企业停产。8.2009年12月，广东清远工业区多名儿童血铅超标。,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,我国重金属污染重大事件9.2010年1月，江苏大丰市51名儿童血铅含量超标，政府确认盛翔电源有限公司为污染源，限令搬迁。10.2010年3月，四川隆昌县渝箭镇部分村民血铅检测结果异常，忠义合金有限公司被责令停产。11.2010年3月，湖南郴州超300人血铅中毒，涉事的3家未经环评的企业被关闭，多名官员被免职。12.2010年7月，云南大理鹤庆县84名儿童疑似血铅超标。据环境保护部统计，2009年环保部接报的12起重金属、类金属污染事件，致使4035人血铅超标，182人镉超标，引发32起群体事件。,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,重庆有土地被重金属污染成金黄色解毒需19年,铬渣渣场,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,十大污染事件那些是重金属污染所致？,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,重金属防治规划2011-03重金属污染综合防治“十二五”规划(以下简称规划)已经国务院正式批复，这也是中国出台的第一个“十二五”专项规划。规划要求，到2015年，重点区域铅、汞、铬、镉和类金属砷等重金属污染物的排放，比2007年削减15。按照这一规划，全国有内蒙古、江苏、浙江、江西、河南、云南等14个省区被纳入“十二五”重金属重点治理省区，有138个区域被列为重点治理区域，采矿、冶炼、铅蓄电池、皮革及其制品、化学原料及其制品五大行业的4452家企业被纳入重点监控。,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,重金属防治规划2011-03规划的对象被划分为两类：第一类：铅、汞、镉、铬、砷（五毒）第二类：铊、锰、铋、镍、锌、锡、铜、钼等；研究提出涉及铅、汞、镉、铬、砷等重金属污染防治技术标准、政策措施和管理规定，制定涉及含砷、铅、汞、铬、镉等重金属的“高污染、高环境风险”产品名录。,常见重金属元素有那些？,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,汞来源与环境行为土壤的汞污染主要来自于污染灌溉、燃煤、汞冶炼厂和汞制剂厂(仪表、电气、氯碱工业)的排放。含汞颜料、电池的应用、用汞做原料的工厂、含汞农药的施用等也是重要的汞污染源。汞进入土壤后95%以上能迅速被土壤吸持或固定,这主要是土壤的粘土矿物和有机质有强烈的吸附作用,因此汞容易在表层积累,并沿土壤的纵深垂直分布递减。土壤中汞的存在形态有金属汞、无机态与有机态,并在一定条件下相互转化。,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,汞来源与环境行为,1950水俣病和汞污染,长期用体温计厂污水浇菜，重庆北碚长期汞污染严重耕地里竟能挖出水银，300多亩土地可能荒芜,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,镉来源与环境行为土壤的镉主要来源于镉矿、冶炼厂。因镉与锌同族，常与锌共生，所以冶炼锌的排放物中必有ZnO、CdO，它们迁移性强，以污染源为中心可波及数千米远。镉工业废水灌溉农田也是镉污染的重要来源。镉被土壤吸附，一般在0-15cm的土壤层累积，15cm以下含量显著减少。土壤中的镉以CdCO3、Cd(PO4)2、及Cd(OH)2的形态存在，其中以CdCO3为主，尤其是在PH7的石灰性土壤中，土壤中的镉的形态可划分为可给态和代换态，它们易于迁移转化，而且能被植物吸收，不溶态镉在土壤中累积，不易被植物吸收，但随环境条件的改变二者可互相转化。,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,铅铅是土壤污染较普遍的元素。污染源主要来自矿山开采、金属冶炼、煤的燃烧等也是重要的污染源。在矿山、冶炼厂附近土壤含铅量高达1500mg/kg以上。土壤中铅的迁移活性不高，一般进入土壤中的铅在土壤中易与有机物和碳酸盐结合，不易溶解，土壤铅大多发现在表土层，表土铅在土壤中几乎不向下移动。,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,铬铬的污染源主要是铬化工、冶炼、电镀、制革废水、铬渣等。铬在土壤中主要有两种价态：Cr6+和Cr3+。土壤中主要以三价铬化合物存在，土壤胶体对三价铬具有强烈的吸附作用，并随pH的升高而增强。当它们进入土壤后，90%以上迅速被土壤吸附固定，在土壤中难以再迁移。,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,Cr6+很稳定，毒性大，其毒害程度比Cr3+大100倍。土壤对六价铬的吸附固定能力较低，仅有8.5%36.2%。普通土壤中可溶性六价铬的含量很小，这是因为进入土壤中的六价铬很容易还原成三价铬，这其中，有机质起着重要作用，并且这种还原作用随着pH的升高而降低。值得注意的是，实验已证明，在pH6.58.5的条件下，土壤的三价铬能被氧化为六价铬，同时，土壤中存在氧化锰也能使三价铬氧化成六价铬，因此，土壤中三价铬转化成六价铬的潜在危害不容忽视。,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,砷土壤砷污染主要来自砷冶炼、大气降尘、尾矿与含砷农药，燃煤是大气中砷的主要来源。通常砷集中在表土层10cm左右，只有在某些情况下可淋洗至较深土层，如施磷肥可稍增加砷的移动性。土壤中砷的形态按植物吸收的难易划分，一般可分为水溶性砷、吸附性砷和难溶性砷，通常把水溶性砷、吸附性砷总称为可给性砷，是可被植物吸收利用的部分。,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,砷土壤中砷大部分为胶体吸收或和有机物络合螯合或和磷一样与土壤中铁、铝、钙离子相结合，形成难溶化合物，或与铁、铝等氢氧化物发生共沉。pH和Eh值影响土壤对砷的吸附，pH值高，土壤砷吸附量减少而水溶性砷增加；土壤在氧化条件下，大部分是砷酸，砷酸易被胶体吸附，而增加土壤固砷量。随Eh降低，砷酸转化为亚砷酸，可促进砷的可溶性，增加砷害。,土壤砷的迁移活性与其它重金属相比有什么不同？,重金属形态,重金属形态是指重金属的价态、化合态、结合态、和结构态四个方面，即某一重金属元素在环境中以某种离子或分子存在的实际形式。重金属进入土壤后，通过溶解、沉淀、凝聚、络合吸附等各种作用，形成不同的化学形态，并表现出不同的活性。元素活动性、迁移路径、生物有效性及毒性等主要取决于其形态,而不是总量。故形态分析是上述研究及污染防治等的关键。,重金属形态研究方法,自Chester等(1967)和Tessier等(1979)的开创性研究以来,元素形态一直是地球和环境科学研究的一大热点。在研究过程中,建立了矿物相分析、数理统计、物理分级和化学物相分析等形态分析方法。,高云涛制作,Tessier的五分法及改进,土壤中重金属离子形态的划分方法有很多最初多采用Tessier的五分法，即将土壤中的重金属分为离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机硫化物结合态、残留态等5种形态。不同学者在对Tessier流程改进的基础上,先后提出了20多种逐级提取流程。其中,影响较大的逐级提取流程有Salomons流程(1984)、Forstner流程(1985)、Rauretetal流程(1989)等。,高云涛制作,Tessier土壤中重金属的形态,(1)离子交换态。离子交换态的重金属在土壤环境中活性大,毒性强,易被植物吸收,也易被植物吸附、淋失或发生反应转为其他形态。(2)碳酸盐结合态。碳酸盐结合态受土壤条件影响,对pH敏感。pH值升高会使游离态重金属形成碳酸盐共沉淀,当pH值下降时易重新释放出来进入环境。(3)铁锰氧化物结合态。土壤中Cd、Pb、Zn的铁锰氧化物占有效态比例较大,正常情况下可利用性不高。,高云涛制作,土壤重金属污染与修复,(3)铁锰氧化物结合态。土壤中Cd、Pb、Zn的铁锰氧化物占有效态比例较大,正常情况下可利用性不高。(4)有机硫化物结合态。有机硫化物结合态以重金属离子为中心离子,以有机质活性基团为配位体的结合或是硫离子与重金属生成难溶于水的物质,在氧化条件下,部分有机物分子会发生降解作用,导致部分金属元素溶出,对环境可能会造成一定的影响。(5)残留态。残留态的重金属与土壤结合最牢固,它的活性最小,毒性最小,几乎不能被植物吸收,一般存在于硅酸盐、原生和次生矿物等土壤晶格中。,BCR流程,Rauretetal.(1999)等对该流程作了改进,形成了改进的BCR流程,成为欧洲新标准,并产生了相应的参照物(CRM701)。同时,Halletal.(1996,1999)在Chao(1984)和Kerstenetal.(1989)研究的基础上,提出了GSC标准流程。GSC为加拿大地质调查局(TheGeologicalSurveyofCanada)的简称。,BCR法是欧洲参考交流局（EuropeanCommunityBureauofReference）提出的较新的划分方法，将重金属形态分为4种，即：酸溶态(弱酸提取态,如碳酸盐结合态)、可还原态（如铁锰氧化物态）、可氧化态（如有机态）残渣态。,BCR流程,欧洲形态21”工程,2000年以后（完善期）在TrendsinAnalyticalChemistry(2000年)上总结了90年代元素形态分析结果,系统探讨了元素形态分析在分析化学中的作用、分析方法可靠性等一些关键问题,并倡导了欧洲微量元素形态主题网“形态21”工程。之后，一些研究者还探讨了土壤样品采集和预处理方法的标准化和参照物制备等问题。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,重金属污染的修复主要有两种途径：1、改变重金属的存在状态，降低其活性，使其钝化，脱离食物链，减小其毒性。2、利用特殊植物吸收土壤中的重金属，然后将该植物除去或用工程技术将重金属变为可溶态、游离态（活化），再经过淋洗，然后收集淋洗液中的重金属，从而达到回收重金属和减少土壤中重金属的双重目的。国内外采用的方法一般可分为工程措施、农业措施、改良措施和生物措施。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,场地重金属污染土壤修复是利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的重金属，使其浓度降低到可接受水平，满足相应土地利用类型的要求。按照技术类别可以将场地土壤重金属污染修复分为物理修复、化学修复、生物修复、联合修复以及农业生态修复等。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,1.物理修复物理工程措施物理工程措施主要包括排土、换土、去表土、客土和深耕翻土等措施。排土、换土、去表土、客土被认为是一种好方法，但是工程量大，并有污土的处理问题。客土和污土混合措施是一种比较常见的方法，利用一定量的无污客土与污土成比例混合，从而降低土壤中重金属的含量，减少客土需求量。深耕翻土即采用深耕，翻动上下土层，使得表土壤中的重金属含量降低。深耕翻土用于轻度污染的土壤，而客土和换土则是用于重污染区的常见方法。目前，一些发达国家在土壤污染严重地区试行固化技术和挖土深埋包装技术。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2.物理修复热处理是通过加热的方式，将一些具有挥发性的重金属如汞、砷等从土壤中解吸出来，或者进行热固定等的一种方法。该方法工艺简单，但能耗大，操作费用高，且只适用于易挥发的污染物。最近，Wei等15等研究了铜在矿物上的热固定的机理。在300900条件下固化1h，吸附或沉积在矿物上的Cu(OH)2将转化为可溶性差、不易被洗脱的CuO而固定在矿物表面，固化温度的增加将提高其在矿物表面的固化程度。Spalding16利用加热的方法固定土壤中放射性元素。这些元素在高温下将由在土壤表面的吸附而向土壤内部晶格扩散，从而降低其环境风险。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法化学方法是利用改良剂与重金属之间的化学反应从而对污染土壤中的重金属进行固定、分离提取等。它既是一种传统的修复方法，同时由于新材料、新试剂的发展，它也是一种仍在不断得以发展的修复技术。目前，包括新的固定化材料、生物淋洗试剂和电动修复方法等在重金属污染土壤修复方面的应用日趋广泛和深入。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法（1）化学固定在土壤中加入化学试剂或化学材料，并利用它们与重金属之间形成不溶性或移动性差、毒性小的物质而降低其在土壤中的生物有效性，减少其向水体和植物及其它环境单元的迁移，实现污染土壤的化学修复。到目前为止，已有大量的改良材料，包括有多种金属氧化物、黏土矿物、有机质、高分子聚合材料、生物材料等被应用。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法（1）化学固定这种方法仍然不是一个永久的措施。固定在土壤中的重金属在环境条件发生改变时，仍然可以从土壤中释放出来，变成生物有效形态。改良剂的使用将在一定程度上改变土壤结构，同时对土壤微生物也可能产生一定影响，所以，进一步发展稳定性好，对土壤结构影响小的改良剂将是十分重要的。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法（1）化学固定Hodson等17利用化学成分主要为Ca10(PO)4OH2的骨饲料进行重金属铅和锌在土壤中的固定。X-ray反射光谱方法表明土壤中的铅和锌与磷发生化学键合作用，同时，培养后土壤的pH明显增加，使用0.01mol/LCaCl2和DTPA提取的土壤重金属有效态量明显减少。另外，磷酸、羟磷矿石、三过磷酸钙等也被成功用于重金属的固定，同时采用阳离子吸附量高的矿物海泡石、坡缕石、沸石、蒙脱石等也可用于重金属污染土壤的改良。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法（1）化学固定McBride等18使用非结晶态氧化铝、水合铁、腐殖质及结晶氧化铁等修复铜污染土壤，发现前两种改良剂可以降低土壤中铜的活度，而后两者则不能。Lothenbach等19研究了蒙脱石对锌、镉在污染土壤中的固定及其随时间及土壤酸度变化的关系。Al-蒙脱石及Al13-蒙脱石被发现是比较好的土壤修复材料。但是，对于改良材料加入以后重金属有效性减少到底是利用它们对重金属的吸附性还是表面沉淀或其它固定方式仍不明确。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法（1）化学固定Hamon等20和Lombi等21通过在污染土壤中加入CaCO3、KH2PO4、红泥（Redmud）和高岭石来减少污染土壤中Cd和Zn的移动性并研究了其作用机理。这些改良材料对重金属的作用包括三种主要类型：可逆吸附；与pH有关的不可逆固定；与pH无关的不可逆固定。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法（1）化学固定非移动性的重金属显著存在于土壤溶液胶体中，石灰和棕闪粗面岩主要是通过对重金属的吸附和沉淀作用而将其固定，而红泥则主要是通过重金属在微孔中的扩散和再分配而固定。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法（2）化学淋洗利用化学或生物试剂来增强重金属在土壤中的移动性，并通过化学洗脱的方式将淋洗液集中处理，从而可将重金属从土壤中有效去除，达到清洁土壤的目的。被经常使用的化学试剂包括有EDTA，DTPA，无机酸、小分子有机酸和表面活性剂等。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法（2）化学淋洗Kersch等22利用络合剂与超临界CO2萃取来提取粉煤灰和矿砂中的重金属Zn2+,Cu2+,Pb2+,Cd2+和Cr3+，得到了一种被认为是非常清洁的处理方法，甲醇作为CO2的共溶剂以及湿度对修复效果影响很大。Tokunage和Hakutu23使用无机酸HF,H3PO4,H2SO4,HCl,HNO3,HClO4,HBr,体积比为3:1的HCl-HNO3,2:1的HNO3-HClO4能够有效提取土壤中的砷。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法（2）化学淋洗Alam等24利用磷酸来提取污染土壤中的砷，发现钾盐较钠盐更为有效。EDTA能在很宽的pH范围内与大部分重金属形成稳定的复合物，不但可溶解不溶性的重金属化合物，同时也可解吸被土壤吸附的重金属，是一种非常有效的提取剂。二亚乙基三胺五乙酸（DEPA）被用于铅的土壤提取，提取液可通过在碱性条件下与有些阴离子产生沉淀而作为一种有效方法25。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法（2）化学淋洗Alam等24利用磷酸来提取污染土壤中的砷，发现钾盐较钠盐更为有效。EDTA能在很宽的pH范围内与大部分重金属形成稳定的复合物，不但可溶解不溶性的重金属化合物，同时也可解吸被土壤吸附的重金属，是一种非常有效的提取剂。二亚乙基三胺五乙酸（DEPA）被用于铅的土壤提取，提取液可通过在碱性条件下与有些阴离子产生沉淀而作为一种有效方法25。但是，化学络合剂因为价格贵，容易产生次生污染等问题，同时，它也不适合密实性的污染土体。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法（2）化学淋洗近年来，采用生物试剂来进行重金属的淋洗越来越受到人们的重视。例如，Mulligan等26应用多糖和高分子生物螯合剂；Kos等27采用生物可降解材料处理铅污染土壤。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法（3）电动修复土壤电动修复是一门新的经济型土壤修复技术，它是综合农业化学、环境化学、电化学和土壤化学等而形成的一门交叉研究领域，主要是通过在包含污染土壤的电解池两侧施加直流电压形成电场梯度，土壤中的污染物质通过电迁移、电渗流或电泳的途径被带到位于电解池两极的处理室中并通过进一步的处理从而实现污染土壤样品的减污或清洁28。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法（3）电动修复电动修复的对象既可是无机物也可是有机物污染的土壤。这种修复方法具有处理成本低，修复效率高，后处理方便等一系列优点，特别是在处理点源污染和突发性事故等方面有非常好的应用前景，无疑是对现有方法的重要补充29。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法（3）电动修复污染土壤电动修复方面的研究自从20世纪80年代末就有报道。到目前，已有美国、英国、德国、澳大利亚、日本和韩国等国家的科学家相继开展了土壤电动修复方面的基础和应用性研究工作，发表在这方面的论文呈逐年增加的趋势，而有关专利及应用方面的报道也较多。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,2化学方法（3）电动修复基础研究方面，在池体设计、电动过程及其机理、模型建立等方面开展了一些探索性工作；同时，人们已开始着手尝试结合一些新技术，如生物技术，超分子化学技术等，来提高污染土壤电动修复方法的处理效率，从而进一步降低处理成本。另外，对污染土壤的现场电动修复也进行了初步试验，如美国环保局（EPA）和美国军队环境中心(USAEC)等都开展了污染土地现场修复研究。但是，就整体来看该项工作目前尚处于初始阶段。我们实验室近年来也开展了相关工作，主要包括铜、铬等重金属在土壤中的电动化学过程及其作用机制等30。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,3生物方法（1）植物修复污染土壤的植物修复是利用植物对土壤中的污染物进行固定、吸收，以清除土壤环境中的污染物或使其有害性得以降低或消失。研究表明，植物修复的运行成本低，回收和处理富集重金属的植物较为容易，所以近年来得到了重视和发展31，32。植物稳定、植物挥发和植物提取是重金属污染土壤植物修复的三种主要类型33。植物修复技术与其他修复技术相比，具有成本低、对环境影响小，能使地表长期稳定，并且在清除土壤污染的同时，清除污染土壤周围的大气和水体中的污染物，有利于改善生态环境等优点。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,3生物方法（1）植物修复植物稳定是指植物通过根吸收、沉淀或还原将重金属固定，降低土壤中有毒金属的移动性。可是，重金属的生物有效性随环境条件的变化而发生变化，所以受到一定的限制。植物挥发则是将污染物吸收到植物体内后并将其转化为气态物质，释放到大气，主要用于类金属元素Hg和非金属元素硒。这种方法将污染物转移到大气中，对人类和生物具有一定的风险。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,3生物方法（1）植物修复植物提取是指植物从土壤中吸取重金属，并将其转移、贮存到地上部并通过收获而去除，包括连续植物提取和螯合剂辅助的植物提取。其中，连续植物提取是指超积累植物由于本身对重金属的耐性及其吸收、转运和积累高含量的重金属，从而减少土壤中的重金属浓度。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,3生物方法（1）植物修复陈同斌通过野外调查和栽培实验，在中国境内发现砷超富集植物蜈蚣草（pterisvittatal）野外调查表明，蜈蚣草对砷具有很强的富集作用，其砷的分布规律与普通植物也明显不同蜈蚣草不同部位的含砷量为：羽片叶柄根系；蜈蚣草地上部的生物富集系数随着土壤含砷量的增加而呈幂函数下降在含砷9mg/kg的正常土壤中，蜈蚣草地下部和地上部对砷的生物富集系数分别高达71和80。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,3生物方法（1）植物修复十字花科遏蓝菜属（Thlaspicaerulescens）已被发现是一种Zn和Cd超积累植物。Baker等34,35调查发现生长在污染土壤的野生遏蓝菜地上部分Zn质量分数为1300021000mg/kg，连续种植该植物14茬，污染土壤中Zn质量分数可从440mg/kg降低到300mg/kg，而种植萝卜需种2000茬。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,3生物方法（1）植物修复南非发现了一种新的生物量大的Ni超积累植物Berkheyacoddii，地上部分Ni质量分数达3.7%（以植物干质量计算），该植物的生物产量达22t/(hma)，地上部分Ni质量分数达1%，且易繁殖和培养，种植2茬该植物可使中等污染土壤Ni质量分数由100g/g降低到15g/g，甚至在严重污染情况下(250g/g)，也只需种植4茬36。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,3生物方法（1）植物修复Li等37研究了十字花科的超积累植物AlyssumAnnrale和Alyssumorsicum对Ni和Cu的吸收以及与土壤性质之间的关系。另外，筛选生物量大、具有中等积累重金属能力的植物，如Ebbs等38发现印度芥菜（Brassicajuncea）、芸苔（Bnapus）、芜箐（Brapa）具有很强清除污染土壤中Zn的能力，其生物量是遏蓝菜的10倍，因而更具有实用价值。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,3生物方法（1）植物修复通过加入一些有机络合剂来增加土壤中重金属的生物有效性也可提高植物对重金属的吸收。该技术适用面广，对多种重金属污染土壤有效。施加适当的螯合剂可增加植物地上部分Pb质量分数，如Huang等39报道，施加0.2g/kgEDTA后，土壤溶液中Pb质量浓度由4mg/L增加到4000mg/L，玉米和豌豆地上部分Pb质量分数由500mg/kg增加到10000mg/kg；他们还发现，加入EDTA24h后，玉米伤流液中Pb质量分数增加了140倍，由根向地上部的净运输量增加了120倍。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,3生物方法（1）植物修复Romkens等44最近对使用螯合剂辅助植物修复技术的可行性及其不足进行了讨论，主要包括络合剂的易降解性及其应用中对重金属的选择性问题等。Dushenkow等45研究了不同改良剂对切尔诺贝利地区受137Cs污染土壤植物修复效率的影响，结果发现铵盐是最有效的提取剂，苋属植物Amaranth显示出最大的137Cs的吸收。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,3生物方法（1）植物修复超积累植物或耐性植物对重金属具有很强的耐性，研究结果初步表明，植物的重金属抗性机制包括有区室化作用、螯合作用、细胞修复和生物转化等46。区室化作用将紫羊茅草(Festucarubra)用Zn2+胁迫，发现其分生组织液泡体积明显增加47；将烟草和大麦中分离出的完整的液泡暴露于Zn2+中，结果表明液泡中有Zn2+的积累。这一结果在高耐受重金属的遏蓝菜属植物的根和地上部中再次得到证实。以上证据表明通过液泡将重金属区室化也是植物重金属抗性的重要机制之一。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,3生物方法（1）植物修复螯合作用吸收在植物体中的重金属通过与高亲和力的大分子结合形成螯合物，降低重金属离子的浓度，从而降低其毒性，其中，金属硫蛋白（Metallothionein，简称MT）和植物络合素（Phytochelation，简称PC）被认为是两种起主要作用的重金属结合肽。MT可通过半胱氨酸残基上的巯基与重金属结合形成络合物而降低重金属毒害作用。可是，在高等植物中分离到最多的一种重金属结合肽，不是MT而是植物络合素PC。研究发现，多种重金属离子，如Cd2+、Cu2+、Ag+、Hg2+、Pb2+和Zn2+等，可诱导PC的合成，并能与PC形成复合物48。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,3生物方法（1）植物修复螯合作用吸收在植物体中的重金属通过与高亲和力的大分子结合形成螯合物，降低重金属离子的浓度，从而降低其毒性，其中，金属硫蛋白（Metallothionein，简称MT）和植物络合素（Phytochelation，简称PC）被认为是两种起主要作用的重金属结合肽。MT可通过半胱氨酸残基上的巯基与重金属结合形成络合物而降低重金属毒害作用。可是，在高等植物中分离到最多的一种重金属结合肽，不是MT而是植物络合素PC。研究发现，多种重金属离子，如Cd2+、Cu2+、Ag+、Hg2+、Pb2+和Zn2+等，可诱导PC的合成，并能与PC形成复合物48。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,3生物方法（1）植物修复细胞修复植物对重金属的基本抵御机制便是增加原生质膜的抗性及对原生质膜的修复。拟南芥菜暴露于Cu2+后，可诱导形成酰基载体蛋白和乙酰辅酶A结合蛋白（AcylcoAbindingProtein，简称ACBP）。研究表明这两种蛋白均参与膜脂代谢48。,高云涛制作,重金属污染防治修复技术,3生物方法（1）植物修复生物转化通过植物体内化学还原作用可降低一些变价金属