植物修复及其在环境中的应用

1、有毒有害固体废物有毒有害固体废物 填埋过程中的泄露填埋过程中的泄露 工业生产中有毒工业生产中有毒 有害物质释放有害物质释放 农业生产中大量化农业生产中大量化 肥农药施用肥农药施用 生活垃圾生活垃圾 的堆放的堆放 大气、土壤、大气、土壤、 水的污染水的污染 污染物污染物 饮用水饮用水 土壤土壤-植植 物系统物系统 食食 物物 链链 进入人体进入人体 合理的环境合理的环境 治理技术治理技术 环境治理环境治理 技术技术 化学修复化学修复 技术技术 物理修复物理修复 技术技术 生物修复生物修复 技术技术 微生物修微生物修 复技术复技术 植物修复植物修复 技术技术 生物修复技术的优点生物修复技术的优点

2、污染物在污染物在原地原地被降解消除被降解消除 修复修复时间短时间短 就地处理就地处理,操作操作方便方便,对周围环境干扰对周围环境干扰 小小 成本成本较低较低,仅是传统的物理和化学方仅是传统的物理和化学方 法的法的30%-50% 不产生不产生二次二次污染污染,遗留问题少遗留问题少 植植 物物 修修复复 内涵内涵 水体污染水体污染 治理中的治理中的 应用应用 土壤污染土壤污染 治理中的治理中的 应用应用 发展前景发展前景 植物修复技术植物修复技术 以植物以植物忍耐忍耐和和超量积累超量积累某种或某些化学某种或某些化学 元素的理论为基础元素的理论为基础,利用植物及其共存微利用植物及其共存微 生物体系清

3、除环境中的污染物的一门环生物体系清除环境中的污染物的一门环 境污染治理技术。境污染治理技术。 植物修复技术植物修复技术 多学科多学科交叉点上发展起来的新技术交叉点上发展起来的新技术, 涉及的相关学科包括生物地球化学、涉及的相关学科包括生物地球化学、 找矿学、地质学、植物分类学、植找矿学、地质学、植物分类学、植 物生理学、植物营养学、土壤化学、物生理学、植物营养学、土壤化学、 环境生态学、农业生物环境工程等。环境生态学、农业生物环境工程等。 植物修复植物修复 技术技术 有机化合物、重金属、有机化合物、重金属、 放射性物质放射性物质 土壤、土壤、大气、大气、 水体水体 广义广义 清洁污染清洁污染

4、土壤中的土壤中的 重金属重金属 狭狭 义义 目前基本成熟的植物修复技术目前基本成熟的植物修复技术 植物萃取技术植物萃取技术 根际过滤技术根际过滤技术 植物固定技术植物固定技术 植物激活技术植物激活技术 植物降解技术植物降解技术 植物挥发技术植物挥发技术 植物修复技术在环境治理中的应用植物修复技术在环境治理中的应用 根际过滤根际过滤清除废水中的污清除废水中的污 染物染物 植物降解、转化、植物降解、转化、 挥发和植物激活挥发和植物激活 微生物降解行为微生物降解行为 清除土壤污染中清除土壤污染中 的的有机化合物有机化合物 植物萃取、植物植物萃取、植物 固定、植物挥发固定、植物挥发 清除土壤污染中清除

5、土壤污染中 的的重金属重金属 污染土壤中重金属的清除污染土壤中重金属的清除 植物萃取技术是目前研究最多最有发植物萃取技术是目前研究最多最有发 展前景的一种方法，利用可积累污染物展前景的一种方法，利用可积累污染物 的植物将土壤中的金属富集于植物可收的植物将土壤中的金属富集于植物可收 获的部分。获的部分。 超积累植物、某些超积累植物、某些 高产的农作物高产的农作物 污染土壤中重金属的清除污染土壤中重金属的清除 植物萃取技术是目前研究最多最有发植物萃取技术是目前研究最多最有发 展前景的一种方法，利用可积累污染物展前景的一种方法，利用可积累污染物 的植物将土壤中的金属富集于植物可收的植物将土壤中的金属

6、富集于植物可收 获的部分。获的部分。 砷超积累植物砷超积累植物蜈蚣蜈蚣 草（草（Pteris vittata S） 污染土壤中重金属的清除污染土壤中重金属的清除 植物萃取技术是目前研究最多最有发植物萃取技术是目前研究最多最有发 展前景的一种方法，利用可积累污染物展前景的一种方法，利用可积累污染物 的植物将土壤中的金属富集于植物可收的植物将土壤中的金属富集于植物可收 获的部分。获的部分。 富集土壤中的重金属，富集土壤中的重金属， 在叶子和茎秆中积累，在叶子和茎秆中积累， 所积累的金属量是普所积累的金属量是普 通植物的通植物的50-100倍。倍。 污染土壤中重金属的清除污染土壤中重金属的清除 植物

7、萃取技术（改进植物吸收性能的方法）植物萃取技术（改进植物吸收性能的方法） 土壤中植物土壤中植物 吸收吸收Pb的的 能力很低能力很低 土壤中加土壤中加 入络合剂入络合剂 （EDTA） 增加植物增加植物 根对根对Pb的的 吸收能力吸收能力 植物通过根吸收、沉淀或还原作用可使植物通过根吸收、沉淀或还原作用可使 金属惰性化，即植物金属惰性化，即植物固定固定。适用于固化。适用于固化 污染土壤的理想植物能忍耐高含量污染污染土壤的理想植物能忍耐高含量污染 物、根系发达。物、根系发达。 土壤土壤 Pb PbPb Pb 植物植物 根系根系 惰性惰性 Pb 惰性惰性 Pb 土壤土壤 污染土壤中重金属的清除污染土壤

8、中重金属的清除 植物将污染物吸收到体内后又将其转化植物将污染物吸收到体内后又将其转化 为气态物质为气态物质,释放到大气中（植物挥发）释放到大气中（植物挥发） 。 污染土壤中重金属的清除污染土壤中重金属的清除 硒硒 + 植物植物 二甲基硒（气态）二甲基硒（气态） 二甲基二硒二甲基二硒 （气态）（气态） 污染土壤中有机污染物的清除污染土壤中有机污染物的清除 植物体植物体 内分解内分解 成为植物体的组成成分成为植物体的组成成分 转化成二氧化碳和水转化成二氧化碳和水 转化成为无毒性的中间转化成为无毒性的中间 代谢物（木质素）储存代谢物（木质素）储存 在植物细胞中在植物细胞中 有机污有机污 染物染物 木

9、木 质质 化化 作作 用用 挥发、代谢挥发、代谢 矿化矿化 植物转化作用植物转化作用 污染土壤中有机污染物的清除污染土壤中有机污染物的清除 根际分泌物激活微生物降解行为根际分泌物激活微生物降解行为 根分泌酶和有机酸根分泌酶和有机酸 微生物微生物 土壤界面土壤界面 促进根区微生物的生促进根区微生物的生 长和繁殖长和繁殖,以利于降解以利于降解 有毒化学物质。有毒化学物质。 污染土壤中有机污染物的清除污染土壤中有机污染物的清除 植物植物-微生物共生体微生物共生体(具有固氮菌的豆科具有固氮菌的豆科 植物植物)中中, 根分泌物养育了微生物，微生物根分泌物养育了微生物，微生物 的活动也会促进根系分泌物的释

10、放。植物的活动也会促进根系分泌物的释放。植物 可转移氧气使根区的可转移氧气使根区的好氧好氧转化作用正常进转化作用正常进 行，降解不能被固氮菌单独转化的有机污行，降解不能被固氮菌单独转化的有机污 染物。染物。 植物修复在水污染治理中的应植物修复在水污染治理中的应 用用根际过滤技术根际过滤技术 利用植物根系利用植物根系吸附和吸收吸附和吸收水中或废水中污染物。水中或废水中污染物。 适用于根际过滤的植物必须有适用于根际过滤的植物必须有较大的根系生物较大的根系生物 量量 ,常用的有各种耐盐的野草常用的有各种耐盐的野草 、向日葵、宽叶、向日葵、宽叶 香蒲。香蒲。 处理石油天然气生产过程中产生的废水、含处理

11、石油天然气生产过程中产生的废水、含放放 射性射性污染物质的废水、含污染物质的废水、含重金属重金属的各种废水以的各种废水以 及富含其它污染物及富含其它污染物(如如氮、磷、钾氮、磷、钾)废水。废水。 植物修复技术的局限性植物修复技术的局限性 目前植物修复技术主要应用在目前植物修复技术主要应用在 治理土壤中治理土壤中重金属重金属污染，在修污染，在修 复复大气和水体大气和水体污染中应用的相污染中应用的相 对较少。对较少。 植物修复土壤中重金属污染存在的问题植物修复土壤中重金属污染存在的问题 受到待治理土壤地理条件的影响。受到待治理土壤地理条件的影响。 对不同污染状况的土壤要选用不同的生态型植物。对不同

12、污染状况的土壤要选用不同的生态型植物。 一种植物往往只吸收一种或两种重金属元素，限一种植物往往只吸收一种或两种重金属元素，限 制了其在多种重金属污染土壤中的治理。制了其在多种重金属污染土壤中的治理。 超积累植物通常矮小、生物量低、生长缓慢、生超积累植物通常矮小、生物量低、生长缓慢、生 长周期长，因而修复效率低，不易于机械化作业。长周期长，因而修复效率低，不易于机械化作业。 发展发展 前景前景 通过基因工程法，获取具有高修复能通过基因工程法，获取具有高修复能 力的基因工程植物，是获得环境污染力的基因工程植物，是获得环境污染 治理新突破的关键。治理新突破的关键。 Hg2+(有毒）有毒） 转入汞还原

13、转入汞还原 酶的植物酶的植物 Hg（无毒）无毒） 土壤结合态土壤结合态 挥发态挥发态 当前，植物修复技术有待研究的前沿问题为：当前，植物修复技术有待研究的前沿问题为： 1)1)筛选更多适用筛选更多适用( (富集能力强、生长快、适应性富集能力强、生长快、适应性 强强) )的超积累植物；的超积累植物； 2)2)利用生物技术手段对植物进行定向改良利用生物技术手段对植物进行定向改良( (提高提高 生物量或富集能力生物量或富集能力) )； 3)3)重金属耐性和富集的机理与调控；重金属耐性和富集的机理与调控； 4)4)植物修复的工程试验与商业应用。植物修复的工程试验与商业应用。 魏树和周星启等(2004)

14、从20科54种杂草中筛 选出镉(Cd)超积累植物-龙葵(Solanum nigrum)。 城市生活垃圾生态填埋示范基地城市生活垃圾生态填埋示范基地 “生物除污生物除污”是使用细菌和植物处理污染物。例如，在污染水质中是使用细菌和植物处理污染物。例如，在污染水质中 使用细菌清除硝酸盐，使用植物清除污染土质中的砷，这就是植物修使用细菌清除硝酸盐，使用植物清除污染土质中的砷，这就是植物修 复法。美国环保局已经使用这种方法去清除一些场所。通常，本土的复法。美国环保局已经使用这种方法去清除一些场所。通常，本土的 植物品种能用来进行场所污染清除。这种方法的好处就是在大多数的植物品种能用来进行场所污染清除。这

15、种方法的好处就是在大多数的 情况下不需要杀虫剂和水。情况下不需要杀虫剂和水。 近年来，政府对于胶州湾湿地改造越来越重视，各种利好政策相继近年来，政府对于胶州湾湿地改造越来越重视，各种利好政策相继 出台，引入出台，引入2020种植物修复胶州湾湿地、城市种植物修复胶州湾湿地、城市“绿肺绿肺”工程，都将工程，都将 使项目所处地域的生态景观价值大大提升。使项目所处地域的生态景观价值大大提升。 污染物污染物 饮用水饮用水 土壤土壤-植植 物系统物系统 食食 物物 链链 进入人体进入人体 合理的环境合理的环境 治理技术治理技术 生物修复技术的优点生物修复技术的优点 污染物在污染物在原地原地被降解消除被降解

16、消除 修复修复时间短时间短 就地处理就地处理,操作操作方便方便,对周围环境干扰对周围环境干扰 小小 成本成本较低较低,仅是传统的物理和化学方仅是传统的物理和化学方 法的法的30%-50% 不产生不产生二次二次污染污染,遗留问题少遗留问题少 植植 物物 修修复复 内涵内涵 水体污染水体污染 治理中的治理中的 应用应用 土壤污染土壤污染 治理中的治理中的 应用应用 发展前景发展前景 植物修复在水污染治理中的应植物修复在水污染治理中的应 用用根际过滤技术根际过滤技术 利用植物根系利用植物根系吸附和吸收吸附和吸收水中或废水中污染物。水中或废水中污染物。 适用于根际过滤的植物必须有适用于根际过滤的植物必须有较大的根系生物较大的根系生物 量量 ,常用的有各种耐盐的野草常用的有各种耐盐的野草 、向日葵、宽叶、向日葵、宽叶 香蒲。香蒲。 处理石油天然气生产过程中产生的废水、含处理石油天然气生产过程中产生的废水、含放放 射性射性污染物质的废水、含污染物质的废水、含重金属重金属的各种废水以的各种废水以 及富含其它污染物及富含其它污染物(如如氮、磷、钾氮、磷、钾)废水。废水。 “生