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  1. 新聞中心

    農田重金屬污染土壤植物修復技術研究

    發布時間:2018-11-19 瀏覽數:1800

    土壤是重要的農業生產資源,與當今人類面臨的糧食、資源和環境等問題密切相關。農田土壤重金屬污染引發的農產品質量安全問題和群體性事件逐年增多,是重要的民生問題。

    植物修復具費用低、二次污染低等優點,是農田土壤修復目前最有發展前景的修復方法之一。

    1 植物修復技術及機理

    植物修復技術是通過重金屬經超富集植物根系吸收后,轉移、儲存到植物莖葉,通過刈割莖葉,達到去除土壤重金屬元素的目的。超富集植物具有三個特點:①對重金屬的提取量比普通植物高100倍以上;②植株地上部重金屬含量高于地下部;③植物本身對重金屬有一定的耐性,不會表現出毒害現象[1]。

    植物修復機理表現為:

    • ①根系對重金屬的活化和吸收,植物根際分泌物含低分子有機酸、鐵載體、酚類化合物及質子等,可活化根際重金屬或與重金屬形成絡合物,促進對重金屬的吸收;

    • ②超富集植物對重金屬運轉,重金屬從植物根系進入到植物體內,主要是通過共質體實現將重金屬運輸至木質部,木質部存在大量能與重金屬離子結合的有機酸和氨基酸,產生的絡合物是重金屬在木質部運輸的主要形式。隨著木質部中蒸騰的作用,超累積植物完成對重金屬從根部到地上部的輸運;

    • ③地上部分對重金屬的耐性和富集,超富集植物通過改變、抑制重金屬的物化活性來實現解毒,具體包括:

      a:將重金屬沉淀于非生理活動區——細胞壁。

      b:有機酸與重金屬離子螯合,降低重金屬毒性。植物在重金屬的脅迫下產生特定的抗逆蛋白。

      c:區室化分布。植物將重金屬離子儲存在質外體和液泡中,從組織水平上來說,重金屬主要存在于表皮細胞、亞表皮細胞及表皮毛中[2]。

    2 植物修復技術的影響因素及強化措施

    2.1土壤性質及其強化措施

    (1)土壤pH

    土壤pH對重金屬在土壤中的化學行為及生物有效性有著重要的影響。一般而言,中性至堿性的土壤pH有利于抑制重金屬離子在土壤中的擴散。

    (2)氧化還原電位

    土壤的氧化還原電位(Eh)的改變會引起重金屬化學價態的變化,當土壤Eh升高時,土壤中硫化物結合態的重金屬元素發生氧化而被釋放,導致土壤中的溶解性重金屬含量提高。合理調整土壤氧化還原電位,可提高植物提取修復效率。

    (3)土壤含水率

    土壤中的水分能夠影響土壤中的氧化還原電位,含水率越高,還原性就越強,土壤中有效態重金屬含量會相應變化。

    2.2 重金屬形態及其強化措施

    土壤中重金屬的形態通常分為可交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳酸鹽結合態、有機、硫化物結合態、殘渣等。通過添加外來物質改變土壤的化學性質,或直接與重金屬相結合,改變重金屬的賦存形態及生物有效性等,最終強化作物對重金屬的吸收。常見的添加物主要有螯合劑、表面活性劑、酸堿調節劑、有機物料等。

    2.3 植物自身因素及其強化措施

    迄今為止,國際上報道的重金屬超富集植物已有400多種,但多數存在生物量小、根系淺及選擇性高等問題。因此,針對特定污染的植物篩選及培植高生物量的超累積植物是農田土壤植物修復的重要保證。

    2.4 農藝技術及其強化措施

    調控植物的生育狀況,改善超富集植物的生長發育狀況,促進植物對重金屬的吸收,可提高超富集植物的修復效率。包括:

    • ①植物搭配種植,對于復合型污染農田,根據重金屬污染程度的不同,采用間作或套作方式,可縮短土壤修復時間,提高修復效率;

    • ②養分控制,如采用化肥對農田土壤進行養分調控,可有效的促進植物生長,提高其生物量。且化肥中的K+、SO42-、Cl-具有活化土壤中的重金屬污染物的作用[3];

    • ③植物生長劑調節,通過噴施葉面調整劑可調控植物生長,提高超富集植物的修復效率。葉面調整劑主要有無機營養劑、腐殖酸及生長素等。

    3 存在問題及發展方向

    3.1 超富集植物的篩選

    目前,世界上共發現的超富集植物中,主要是鎳的超富集植物,且主要適宜生長在干旱的礦區周圍。采用植物提取技術修復重金屬污染農田過程中,篩選新的能富集多種金屬,且生長快、生物量大、適用范圍廣的超富集植物是重要的發展。

    3.2 螯合劑的篩選和研制

    螯合劑的添加可提高土壤中溶解性重金屬含量,促進超富集植物對重金屬的吸收和富集,但使用過程中,多存在螯合劑在土壤中停留時間長、難降解、地下水污染等問題,且對重金屬的選擇性差。因此,研制生物可降解的螯合劑是今后植物修復的研究重點之一。

    3.3 超富集植物的處置

    目前,對超積累植物的產后處置有焚燒法、壓縮填埋法、堆肥法、高溫分解法、灰化法和液相萃取法等[4],主要將修復植物作為垃圾或者危險物進行處置,存在占用土地、處理成本高、滲濾液污染等風險。因此,富集后生物體的處置也是植物修復技術發展需面對的重要問題。

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