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1、第五章,污染环境的植物修复原理,2,目录,?,5.1,概述,?,5.2,植物对污染物的修复作用,?,5.3,影响植物修复的环境因子,?,5.4,有机污染物的植物修复,?,5.5,重金属的植物修复,?,5.6,放射性核素及富营养化物的植物修复,3,5.1,概述,5.1.1,植物修复的概念和类型,植物修复技术：,是以植物忍耐和超量积累某种或某,些污染物的理论为基础，利用,植物及其根际圈微生,物体系的吸收、挥发、降解和转化,作用来消除环境,中污染物的一门环境污染治理技术。,具体地说植物修复就是,利用植物本身特有的利,用、分解和转化污染物的作用，利用植物根系特殊,的生态条件加速根际圈的微生态环境中微生
2、物的生,长繁殖,，以及,利用某些植物的特殊积累与固定能力,，,提高对环境中某些无机和有机污染物的脱毒和分解,能力。,4,?,广义的植物修复,包括利用植物修复,重金属污染,的土壤,、利用植物,净化空气和水体,、利用植物,清除放射性核素,和利用植物及其根际微生物共,存体系,净化土壤中的有机污染物,。,?,目前植物修复主要,指利用植物及其根际圈微生,物体系清洁污染土壤，其中利用重金属超积累,植物的提取作用去除污染土壤中的重金属又是,植物修复的核心技术。,?,因此，,狭义的植物修复,技术主要指利用植物清,除污染土壤中的重金属。,5,?,植物修复应用范围：,a.,利用植物修复重金属污染的土壤,b.,利用
3、植物净化空气和水体,c.,利用植物清除放射性核素,d.,利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中,的有机污染物,6,图,5-1,植物修复与生物修复的关系及主要修复方式,生物修复,微生物修复,植物修复,微生物降解,微生物转化,植物去除,植物固定,/,稳定化,植物净化空气,植物,提取,植物降解,根际圈微生物降解,植物挥发,生态修复,7,植物修复的类型,?,植物净化空气,?,植物提取修复,?,植物挥发修复,?,植物降解修复,?,根际圈生物降解修复,?,植物固定,/,稳定化修复,8,（,1,）植物净化空气,净化空气,吸收有害气体,吸滞放射性物质,滞尘,除菌和杀菌,减弱噪声,吸收,CO,2,9,?,植物
4、修复在空气污染中的应用,氮氧化物,N,x,O,y,是污染空气的一类主要化合物，,NO,2,同,O,3,在光照的条件下容易形成光化学烟雾，,N,2,O,是一种能引起,温室效应的气体，它可以辐射传热,破坏同温层的,O,3,。某些,植物将氮氧化物转化为氨基酸或以其为氮源加以利用,利用,这些植物去除空气中的氮氧化物无疑是环保节能的好方法,。,10,龙舌兰：,在,10,平方米左右的,房间内，可消灭,70,的苯、,50,的甲醛和,24,的三氯乙,烯,芦荟：,在,24,小时照明的条,件下，可以消灭,1,立方米空,气中所含的,90,的甲醛。,11,（,2,）植物促进,(Phytoaccumulation),?
5、,也称之为,植物提取,植物根系将土壤中重金属或,有机污染物从污染的土壤中转移到植物的地上,部分。,?,一般指那些能累积超过叶子干重,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,多种这样,的植物。,12,1583,年，,Cesalpino,首次发现,“,黑色的岩石,”上生长的特殊,植物，,1814,年，,Desvaux,将其,命名为,Alyssum bertolonii(,庭荠,属,),，,1848,年，,Minguzzi,和,Vergnano,测定该植物叶片含镍,高达,7900 mg/kg
6、,。,1977,年，,Brooks,将这类植物命名为“超富集植,物”,(hyperaccumulator),。,1983,年，,Chaney,提出利用植物提,取土壤中的污染物，通过收割植物带走土壤中污染物的设想。,13,（,3,）植物挥发,(Phytovolatilization),?,某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组织,空隙中挥发。,如桉树降解三氯乙烯,(TCE),、甲基叔丁基醚,(MTBE),，印,度芥菜降解硒化合物；烟草挥发甲基汞。从植物茎叶挥发,出的物质可能被空气中的活性羟基分解。如有毒的,Hg,2+,经,植物挥发后变成了低毒的,Hg,，高毒的硒变成了低毒的硒化,物气体等。,1
7、4,（,4,）植物降解（,Phytodegradation,）,?,利用某些植物特有的转化和降解作用去除水体,和土壤中有机污染物质的一种方式。,?,修复途径主要有两个方面：,如：硝基还原酶和树胶氧化酶可以将弹药废物如,TNT,分解,B,根分泌的物质直接降解根际圈内有机污染物,如：漆酶对,TNT,（三硝基甲苯）的降解，,脱卤酶对含氯溶剂如,TCE,（三氯乙烯）的降解等,A,污染物,植物体,木质化作用,植物组织,矿化为,CO,2,和,H,2,O,无毒或毒性小,15,（,5,）,根际圈生物降解,(Rhizodegradation),?,根系降解：,植物中超过,20%,的营养成分如糖分、,氨基酸、有机
8、酸等都聚集在根部,因此会生长很多,微生物,尤其在根表面向外,13mm,的地方,这些微,生物是没有种植过植物的土壤的,34,倍。一些微,生物可以同植物相结合促进重金属的转化,也可以,矿化某些有机污染物如,PAHs,、,PCBs,。,植物,微生物体系,水分,养料,根分泌物质,降解有机物的原料（,共代谢的原料,）,16,（,6,）植物固定,(Phytostabilization,）,?,利用植物将有毒有害污染物如重金属聚集在,根系地带,降低其活动性,阻止其向深层土壤,或地下水中扩散,但并不为植物利用,即根系,对污染物起固定作用。,17,5.1.2,植物修复的优势及存在的问题,优势：,?,植物修复开发
9、和应用潜力巨大。,?,植物修复符合可持续发展战略的理念。,（太阳能为能源、蒸腾作用、无二次污染、肥力增加，,回收金属等）,?,植物修复过程易于社会接受。,18,局限性：,?,需要光、,T,、水分等适宜的环境条件，及病、虫草害,的影响；,?,对于污染程度过重、或污染物分布为植物根系所达,不到，甚至不适于植物生长的污染土壤或水体的修,复并不适用；,?,对于复合污染土壤或水体，采用一种修复植物或几,种修复植物相结合的修复方式往往也难以达到修复,要求；,?,修复周期较长，难以满足快速修复污染环境的需求。,19,?,修复原理：主要是通过植物自身的光合、,呼吸、蒸腾和分泌等代谢活动与环境中的,污染物质和微
10、生态环境发生交互反应，从,而通过吸收、分解、挥发、固定等过程使,污染物达到净化和脱毒的修复效果。,5.2,植物对污染物的修复作用,20,5.2.1,植物吸收、排泄与积累,（,1,）植物吸收,?,植物为了维持正常的生命活动，必须不,断地从周围环境中吸收水分和营养物质。,?,植物具有广泛吸收性，除对少数几种元,素表现出选择性吸收外，对不同的元素,来说只是吸收能力大小不同而已。,?,植物吸收的,3,种方式,：被动吸收、避、超,积累,21,（,2,）植物排泄,?,向外排泄体内多余的物质和代谢物质（排泄物,或挥发的形式）,?,植物排泄途径：,经过根吸收后，再经叶片或茎等地上器官排出,去,(,如汞、硒等）
11、。,叶片吸收后，根排泄。,去旧生新,22,（,3,）植物积累,?,进入植物体内的污染物质虽可经生物转化过程,成为代谢产物经排泄途径排出体外，但大部分,污染物质与,蛋白质或多肽,等物质具有较高的亲,和性而长期存留在植物的组织或器官中，在一,定的时期内不断积累增多而形成富集现象，还,可在某些植物体内形成超富集。,23,?,用富集系数来表征植物对某种元素或化合物的积累能力，,富集系数（,BCF,）,=,植物体内某种元素含量,/,土壤中该种元素,含量,?,用位移系数来表征某种重金属元素或化合物从植物根部到植物,地上部的转移能力，即,位移系数（,TF,）,=,植物地上部某种元素含量,/,植物根部该种元素
12、,含量,富集系数越大，表示植物积累该种元素的能力越强。,位移系数越大，说明植物由根部向地上部运输该元素能力越强，,利于植物提取修复。,当植物吸收和排泄的过程呈动态平衡时，植物虽然仍以某种微,弱的速度在吸收污染物质，但在体内的积累量已不再增加，而,是达到了一个极限值，叫临界含量，此时的富集系数称为,平衡,富集系数,。,24,（,4,）植物吸收、排泄和积累间的关系,动态平衡,(,图,5-3),?,根据植物根对污染物质吸收的难易程度，可将土,壤中污染物分为：,可吸收态：,土壤溶液中的污染物如游离离子及螯合,离子,难吸收态：,残渣态等难为植物吸收的,交换态：,介于两者之间，包括被黏土和腐殖质吸附,的污
13、染物,可吸收态,交换态,难吸收态,25,5.3,影响植物修复的环境因子,共存物质,温度,氧化还原,电位,污染物间的,复合效应,生物因子,植物营,养物质,酸碱度,植物激素,27,?,影响土壤重金属活性的主要因素，影响溶解,和沉淀平衡，,pH,高重金属易沉淀，不易生物吸,收。,?,以,Cd,、,Zn,为例，随,pH,升高，,Cd,、,Zn,趋于稳,定,;,?,在低,pH,时，沉积物中生物可吸收态的水溶液,和可交换态,Cd,、,Zn,的浓度有明显增加。,?,可能不是单一的递增或递减。,（,1,）,pH,值,28,（,2,）氧化还原电位,Eh,?,重金属在不同的氧化还原状态下，有不同的形,态且可互相转
14、化。,?,Cd,：在还原条件下，有机结合态,Cd,最稳定，但,在氧化条件下，有机结合态镉则被转化为生物可,利用的水溶态、可交换态或溶解络合态而释放到,水体中，并随,Eh,增大，其释放量增多。,?,淹水抽穗,29,(3),共存物质,?,可改变重金属的存在状态：,?,络合,-,螯合剂：,与可溶态金属结合，防止金属沉淀,或吸附在土壤上，,增加重金属的移动性和植物利,用性,。同时，被吸附态和结合态的金属离子溶解,如，土壤中植物吸收,Pb,的能力很低,土壤中加入,络合剂（,EDTA,）,增加植物根对,Pb,的吸收能,力,富里酸,对结合态汞有较强的吸附能力，易于促进矿,物汞由固定结合态向有机溶解态转化，而
15、被植物,吸收。,30,（,4,）植物营养物质,?,营养物质是影响植物吸收重金属的要素，有,些已成为调控重金属植物毒性的途径与措施。实,验表明,N,、,P,、,K,等植物营养物质对超积累植物吸,收重金属有较大的影响。,?,例如，在对小麦施用氮肥的过程中发现，硝酸,铵不仅能够增加小麦对土壤中,Cd,的吸收，促进,植物生长，而且,NH,4,进入土壤后发生硝化作用，,短期内可使土壤,pH,值明显下降，增加了,Cd,的生,物有效性，更重要的是,NH,4,Cd,形成络合物而降低,土壤对,Cd,的吸附。,31,（,5,）污染物间的复合作用,?,多种污染物复合污染，拮抗和促进,（,6,）植物激素,?,植物体内
16、合成的，对植物生长发育产生明显调节作用,的微量生理活性物质。（,植物激素类除草剂,）,（,7,）生物因子,?,菌根真菌增加生长，降低土壤中的重金属含量等。,32,（,8,）温度,?,温度首先会影响水生植物的生长，,温度还会影,响水体重金属离子的活性，以及水体悬浮泥沙、,底泥对重金属的吸附，进而影响植物的吸收。,（,9,）重金属的种类及其形态差异,?,植物对有些元素容易吸收而对另一些元素很难,吸收，通过植物对,Cr,Hg,As,Cd,的吸收比较发现植,物最容易吸收,Cd,和,As,，而对,Cr,的吸附量就很少。,同一元素的不同价态吸收系数差别很大，如水稻,对,Cr,3,的吸收系数平均值为,0.0
17、32,，而对,Cr,6,则为,0.056,，可见,Cr,6,的吸收系数大于,Cr,3,。,33,5.4,有机污染物的植物修复,直接吸收,和降解,酶的作用,根际的生,物降解,?,5.4.1,植物对有机污染物的修复作用（,3,种机制）,34,（,1,）直接吸收和降解,?,植物根中度憎水性有机物吸收好,:0.5lg Kow 3.0,?,Kow,是有机化合物在辛醇和水两相平衡浓度之比。辛,醇对有机物的分配与有机物在土壤有机质的分配极为,相似，,3.0,憎水，根部吸附紧密，不易进入植物体内；,0.5,，亲水，不易与根部吸附，不易进入植物体,?,苯系物，氯代溶剂，短链脂肪族化合物,?,植物吸收后木质化作用
18、新的组织中,?,矿化二氧化碳和水,?,挥发,35,（,2,）酶的作用,?,植物对有机污染物的吸收强度比无机物低,?,主要靠根系分泌物对有机物的污染产生的配,合和降解等作用；,?,根系释放到土壤中的酶的直接降解作用。,死的植物根酶分解作用脱卤酶等,（,3,）根际的生物降解,植物以多种方式帮助微生物的转化,?,包括：植物根的微生物区系内生微生物,36,根分泌酶和有机酸,微生物,土壤界面,促进根区微生物的生,长和繁殖，以利于降,解有毒化学物质。,根系分泌物：糖类，醇类，酸类，,细根的腐解有机碳,37,植物,-,微生物共生体,(,具有固氮菌的豆科植物,),中,根分泌物养育了微生物，微生物的活动也会,促
19、进根系分泌物的释放。植物可转移氧气使根区,的好氧转化作用正常进行，降解不能被固氮菌单,独转化的有机污染物。,38,5.4.2,典型有机污染物的植物修复,?,污染物酶促反应低毒，无毒物,?,氧化，还原，水解，脱烃，脱卤，羟基化，异,构化作用降解（植物降解很强）,?,（,1,）植物对农药的分解转化作用,?,耐药性植物分解杀虫剂，除草剂，杀菌剂等,?,高等植物体内降解农药的基本生化反应为：,氧化,、,还原、水解,、异构化、,轭合反应等。,39,（,2,）植物对其他有机污染物的分解转化作用,分解转化石油、洗涤剂、塑料、造纸、印染工,业产生的废物。,40,水葫芦,水葫芦,（,学名凤眼莲）可,以去除水体中
20、的有机磷农,药、染料、酚、多环芳烃、,甲基对硫磷等有机污染物；,能从污水中除去镉、铅、,汞、铊、银、钴、锶等重,金属元素。,龙葵能有效地降解,PCBs,（多氯联苯），对,Cd,富,集,。,龙葵,41,龍葵,42,苜蓿草,和,水稻,已成功,地用于土壤中,PAHs,（,多环芳烃,),的修复,在,6,个月内可以将,PAHs,总量降低,57%,；,43,5.5.1,重金属对植物的伤害机制,胁迫忍耐限度,伤害：生长、繁殖受阻，至死,亡,?,重金属对植物的影响：,?,a.,抑制植物种子萌发；,?,b.,抑制植物的生长，表现为植株矮小，生长缓慢，,生物量减小；,?,c.,抑制植物生殖，表现为生育期推迟，严重
21、时会使,生殖生长完全停止，甚至不开花结果。,5.5,重金属的植物修复,44,?,重金属对植物的伤害机理的表现：,?,细胞膜的结构与功能受到破坏；,?,光合作用受到抑制；,?,呼吸作用发生紊乱；,?,糖类和氮素代谢受到抑制；,?,细胞核核仁遭到破坏；,?,植物激素发生变化。,45,?,此外，,重金属还通过影响根系微生态环境及产,生营养胁迫而对植物造成伤害,。,主要表现为：,?,对根际土壤微生物产生毒害作用；,?,全部或部分地抑制土壤生化反应；,?,与矿物元素发生拮抗和协同作用。,46,这张图片表现的是吸收重金属以后的植物：,A,：采集后压制植物的一般照片（有黄斑）；,B,：,X-,射线放射自显影
22、照片（能看出金属元素所在,的部位）；,C,：计算机重构的放射自显影图（能看出金属元素,所在的部位）。,47,?,5.5.2,植物对重金属的抗性机制,?,当环境中重金属含量过高时，通常会对植物,造成伤害。但植物也具有一些抗性机制来削除,或减轻这种伤害，以使植物还能够生长。主要,途径为：,?,（,1,）阻止重金属进入体内,?,许多植物根部具有某种“避”的机制，可以,使根系周围大量重金属离子被阻止在根部，阻,止重金属进入根内并向地上部位运输，从而使,植物免受伤害或减轻伤害。,48,?,其,避性机理,一方面在于植物,根分泌的有机酸等,物质,，改变了根际圈,pH,值及氧化还原电位梯度，,降低重金属的生物
23、可利用性。,?,另一方面，可能在于,菌根真菌对重金属的屏障,作用,。,一般认为，植物对重金属的这种阻碍机制是普,遍存在的，但当污染水平超过某一临界值时，这,种抵御能力就会失去作用，植物仍然会受伤害。,49,?,（,2,）将重金属排出体外,?,进入植物体内的重金属也可以通过某些机制被,排出体外，从而达到解毒的目的。,?,其排出体外的主要途径是,排放,，,也可以通过,衰,老的方式,如分泌一些脱落酸促进老叶或受毒害叶,片脱落等作用把重金属排出体外。,?,（,3,）对重金属的活性钝化,?,植物还可以通过将积累在体内的重金属沉积在,细胞壁,等生理活性较弱区域，以此来阻止重金属,对细胞内溶物的伤害。近年来
24、的研究证实，许多,植物将重金属,累积在液泡,，这种,区域化作用,将重,金属与细胞内其他物质隔离开来。,50,蜈蚣草的毛状体对砷具有特殊的富集能力，,羽片胞液,是砷的主要储存部位，对砷具有明显,的区域化作用，砷毒因此被“密封”在蜈蚣草,体内的安全部位，不会影响植物的整体生长发,育。,51,?,（,4,）抗氧化防卫系统,植物受重金属污染后会产生一些抗氧化剂保护系统。,其中,酶性清除剂,主要有超氧化物歧化酶，脱氢酶，,过氧化氢酶，氧化物酶，抗坏血酸过氧化物酶，,谷胱甘肽还原酶，谷胱甘肽过氧化物酶等。,?,（,5,）生态型的改变,改变生态型的方式生存下去，如植物生长的特别,矮小或肥大。,52,?,重金
25、属超积累植物,提取作用,?,挥发植物,挥发作用,?,固化植物,固定,/,稳定化作用,5.5.3,重金属的植物修复机理,5.5.3.1,植物对重金属的运输（自学）,5.5.3.2,重金属的植物修复类型,53,?,（,1,）植物提取修复,(phytoextraction),?,利用超积累植物从污染土壤或水体中超量吸,收、积累一种或几种重金属元素，之后将植物整体,（包括部分根）收获并集中进行热处理，化学处理,或微生物处理，然后再重复上述步骤最终使污染环,境中重金属含量降低到可接受的水平。,54,?,适应重金属胁迫的植物,a.,重金属排异性植物,不吸收或少吸收重金属元素；,将吸收的重金属钝化在植物的地
26、下部分，使其不,向地上部分转移；,b.,重金属超积累植物,大量吸收重金属元素，植物仍能正常生长。,超富集植物,Brooks,1977,参考值（,Baker,2000,）：,植物叶片或地上部干重中，,100 mg/kg,镉,1000 mg/kg,砷、钴、铜、镍、铅,10000 mg/kg,锰、锌,超富集植物是能超量吸收重金属并将其运,移到地上部的特殊植物。比值大于,1,。,对于超富集植物的界定，植物地上部重金,属含量是常用的指标。,?,超富集植物区别于普通植物的表现特征：,56,?,重金属超富集植物是植物修复的,核心和基础,。,只有寻找到某种重金属相对应的超富集植物，才,能实施植物修复。由于可以
27、达到,“种植物,收金属”,的理想境界,重金属超富集植物向来是人们研究的,重点。,重金属在土壤普通植物中的平均浓度,及其在超富集植物中的临界标准,(mg/kg),达到临界标准，才能算是超富集植物。只有找到这种重金属的,超富集植物，才能修复这种重金属污染的土壤。,世界上已发现,400,多种典型的超富集植物，其中超过六成是,Ni,超富集植物。,已知超富集植物地上部分的金属含量（,mg/kg,）,理想的超富集植物特征：,1,）对土壤中重金属具有较强的吸收和向地上部转运的能,力。,地上部的金属含量应比普通植物高百倍甚至上千倍。,地上部重金属含量高于土壤重金属含量,(,即,富集系数,BF1,、,地上部重金
28、属含量高于根部重金属含量,(,即,转运系数,TF1,),2,）具有较快的生长速度和较大的生物量。,蜈蚣草,砷超富集植物,野外条件下其生物量（鲜重）,最高达到,36t/hm,2,，并且植物,体内砷的浓度最高可达,2.3%,，,国内已有修复基地。,镍超富集植物,大戟,诸葛菜,黄杨,龙船花,锌超富集植物,遏蓝菜,长鄂堇菜,Zn,超量积累植物的分布,较少，目前发现的约有,18,种，,主要是十字花科遏蓝菜属植,物。,铅超富集植物,砷超富集植物,玉米,印度芥菜,蜈蜙草,商陆,镉超富集植物,65,超积累种,鸭趾草,中铜的,浓度超过,1000g/g,干重,时，并未观察到明显的,中毒症状。,东南景天,：,产广西
29、、广东、,台湾、福建、贵州、四川、,湖北、湖南、江西、安徽、,浙江至江苏宜兴。,Zn/Cd,共,超积累及铅富集植物,鸭趾草,66,?,超量积累植物资源,：,?,常规育种：,筛选突变株,将超量积累植物与生物量高的亲缘植物杂交,?,转基因育种：,通过引入金属硫蛋白（,metallothioneins,）基因或,引入编码,Mer A,（汞离子还原酶）的半合成基因，,增加了植物对金属的耐受性。,67,?,目前，对植物富集后的生物量的处理还没有比,较妥善的解决办法。有人提出将富集重金属的,生物量,燃烧发电,，也有人主张将其中的,金属提,取,出来。但目前的技术手段还很难实现，而且,这两种处理方法的造价都太
30、高。,?,一种现实的处理办法是暂时存放，可以将超富,集植物烧成灰后，当做特殊垃圾深挖、填埋，,或是运到铅、锌等重金属矿区的尾矿库中与尾,矿渣一起贮存，等将来技术手段进步了再进行,提炼。,68,案例：,美国,Viridian,环境公司对加拿大,Ontario Ni,污染,土壤的治理，每年可以从重金属回收当中获得,2500,美元,hm,-2,的收益，显示了较好的商业化应用前景。,植物从环境中提取和浓缩某种元素是一个自然,的、仅消耗光能的过程，因此植物修复就是利用这,一过程的优点而形成的一种绿色技术。,69,?,应用的制约,：,?,只能积累某些元素，不能对所有关注元,素都有积累,?,生长缓慢，生物量
31、低,?,农艺性状，病虫害，育种了解少。,70,?,（,2,）植物挥发修复,(Phytovolatilization),某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组织,空隙中挥发。,?,植物挥发修复技术对于挥发性重金属的修复有显,著效果，但这种挥发性重金属转移到大气中的做法，,有可能带来新的环境风险，所以，植物挥发修复应用,范围较小。,71,?,目前这方面研究最多的元素是,汞和硒,。,?,汞是一种易挥发重金属，主要以无机态汞和有,机态汞存在。,?,研究发现，某些细菌可以通过酶的作用将甲基,汞和离子态汞转化为毒性小得多的单质汞并挥,发到大气中。,?,因此，科学家在寻找汞超积累植物的同时，试,图将细菌体
32、内对汞的转化基因转导到植物中去，,由此提高植物对汞的挥发修复能力。,72,?,案例：,美国科学家已成功将去甲基汞毒性的两种基,因转导到,烟草,和植物,拟南芥,，这两种基因分别是,汞离子还原基因和有机汞催化破坏基因，其中有,机汞催化破坏基因能催化有机汞释放汞，然后由,汞离子还原基因催化植物所吸收的汞发生还原反,应变为单质汞，再由植物把单质汞挥发到大气中,去。,73,紫云英,可以从污染土壤中吸收,硒,，,之后将其在体内转化，并,以二甲基硒和二甲基二硒,等形态挥发掉。,?,以及一些农作物如,水稻、花椰菜、卷心菜、胡萝卜、,大麦和苜蓿,等对,硒,都有较强的吸收和挥发能力。,74,（,3,）植物固定,/
33、,稳定化修复,?,植物固定,(Phytostabilization),?,利用植物将有毒有害污染物如重金属聚集在根,系地带,降低其活动性,阻止其向深层土壤或地下,水中扩散,但并不为植物利用,即根系对污染物起,固定作用。,失去生物有效性,A,根分泌物,积累,沉淀,污染物质,减少毒害作用,B,植物生长,减少,风蚀、水蚀,污染物质扩散、迁移,防止,防止污染周围环境,?,原理,保护污染土壤不受侵蚀，减少土壤渗滤以防止污染物的,淋溶,;,通过在根部累积和沉淀对污染物起到钝化或稳定,化作用。,?,应用,可用于采矿、冶炼厂、污泥等污染土壤的修复。,?,风险,不是彻底去除污染物，仅形态发生变化，环境条件发生变
34、,化时其生物有效性又会发生改变。,76,5.6,放射性核素及富营养化物的植物修复,桉树：,Cs,、,Sr,水体富营养,（,N,、,P),5.7,污染土壤植物修复时间的估算,5.7.1,重金属污染土壤植物修复计算,污染物吸收速率与修复时间可用下式进行估算：,M=M,0,e,-kt,k=U/M,0,t=-(lnM/M,0,)/k,式中，,U,为污染物吸收速率,(kg/a),；,M,0,为污染物的初始质量,(kg),；,k,为植物一级吸收速率常数,(a,-1,),；,M,为任一时间残留,的污染物质量,(kg),；,t,为将某一污染场地清洁到一定标准后,所需的时间,(a),。,U,值的确定：田间试验，
35、文献查阅。,例题：,某场地遭受轻度铅污染，,30.48cm,土壤深度范围内铅的浓,度为,600mg/kg,，清洁达到的标准设定为,400mg/kg,。场地每,年种植印度芥菜并进行相应的施肥和收割以达到植物萃取,金属的目的。（土壤比重,1.5,）,如果植物修复过程中施用小剂量,EDTA,后植物器官中铅的,含量可以达到,5000 mg/kg(,烘干重,),，每公顷每茬植物收得,地上可收割部分的干重物质为,8t,，则每年收割,3,茬植物总的,干物质量可达到,24t,。,试计算修复年限。,U=5000mg/kg*(24t/hm,2,a)=120kg/hm,2,a,假如,M,0,为比重,1.5,的土壤中
36、铅的初始质量，则：,M,0,600*1.5t/m,3,*10,4,m,2,*(30.48*10,-2,m)=2743 kg/hm,2,k,U/M,0,=120/2743=0.04a,-1,假定清洁标准定为,400 mg/kg,，则残留污染的质量为,M(kg),：,M,400*1.5t/m,3,*10,4,m,2,*(30.48*10,-2,m)=1829kg/hm,2,t=-(lnM/M,0,)/K=-(ln1829/2743)/0.04=10.13a,5.7.2,有机污染土壤植物修复时间计算,假定植物萃取呈一级反应：,M=M,0,e,-kt,k=U/M,0,U,(TSCF)(T)(C),t=
37、-(lnM/M,0,)/k,式中，,U,为污染物的吸收速率,(mg/L);T,为植物的蒸发速率,(L/d),，,TSCF,为蒸发流浓度系数，无量纲,;C,为土壤溶液中液,相的浓度,(mg/L),。,例题：,假设某污染土壤从地表到,3m,深处未饱和带均可发现四氯乙烯,残留物。实测土壤水溶液样品中污染物的浓度为,100mg,L,-1,。,如果在废弃物上长期种植密度为每公顷,3600,棵的杂交杨柳树,用以吸收和转化四氯乙烯废弃物，每棵树每年蒸发大约,2000L,水。,假如每英亩土壤中四氯乙烯的质量为,2500kg/hm,2,，清洁标准,定为,250kg/hm,2,(,剔除掉,90%),的污染物，查表,TSCF=0.74,。,试计算修复年限。,T=2000*3600,7.2*10,6,（,L/hm,2,a,）,C=100 mg,L,-1,U=0.74*7.2*10,6,L/hm,2,a*100 mg,L,-1,=532.8kg/hm,2,a,K=U/M,0,=532.8/2500=0.21a,-1,M=250 kg/hm,2,M,0,=2500 kg/hm,2,t=-(lnM/M,0,)/k=10.95 a,当大部分四氯乙烯被杨树吸收后，会缓慢地蒸发到大气圈,中，只有部分四氯乙烯会被植物的叶部和木质部组织新陈,代谢掉。,
