土壤重金属污染的植物修复.ppt
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土壤重金属污染的植物修复.ppt
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土壤重金属污染的,植,物,修,复,目录,一、概念,二、植物修复的特点,三、土壤重金属污染的植物修复原理,四、修复植物的筛选,五、展望,六、发展历程及成果,七、惊变,一、概念,植物修复:
指利用植物及其根际微生物的共存体系来吸收、容纳、转化、或转移污染物的特性,通过在污染地种植植物,实现部分或完全修复土壤、水体和大气污染的一门环境污染原位治理技术。
通俗地讲,植物修复主要是利用富集植物将土壤、水体或大气中的污染物萃取出来,并输送到根部可收割部分和/或地上部,通过收获或移去富集了污染物的部分,从而降低污染物的浓度,达到对污染环境进行治理的目的。
土壤重金属污染的植物修复,植物修复,修复对象为重金属污染的土壤。
通过植物的吸收、挥发、根际过滤、降解、稳定等作用,可以净化土壤中的污染物,达到净化环境的目的。
二、植物修复的特点,修复植物主要包括:
乔木(杨树、柳树等),灌木和草类(荨麻、苜蓿等),农作物(向日葵、大豆等),植物修复技术的优点,1、应用广泛,可用于处理土壤污染、净化空气和水体,2、原位修复,不占场地,环境影响小;修复环境同时也美化了环境;是一个自然过程,易被公众接受,3、可使地表长期稳定,不会形成二次污染或导致污染物的转移,有利于生态环境的改善和野生植物的繁衍,4、操作简便、成本低廉,植物修复技术的局限性,其存在的主要问题是如何提高植物修复速率和效率。
(1)一种植物通常只忍耐或吸收一种或两种重金属元素,对土壤中共存的其他金属忍耐能力差,对其他浓度较高的重金属则表现出某些中毒症状,从而限制了植物修复技术在多种重金属污染土壤治理方面的应用。
(2)修复过程缓慢,比常规治理的周期长、效率低。
(3)对土壤肥力、气候、水分、酸碱度、排水与灌溉系统等自然条件和人工条件有一定的要求。
植物受病虫害袭击时会影响其修复能力。
(4)用于净化重金属的植物器官往往会通过腐烂、落叶等途径使重金属元素重返土壤,因此必须在植物落叶前收割植物器官并将其无害化处理。
(5)修复土壤只能局限于植物根系所能延伸的范围内,一般不超过20cm土层厚度。
三、土壤重金属污染的植物修复原理,植物修复的作用过程和机理原理,植物提取、植物固定、植物过滤或根际过滤、植物挥发,
(一)植物提取,也称植物吸收(积累、萃取),即利用富集污染物能力较强的植物通过根系吸收和转运过程,将土壤、水体中的重金属等转移到地上部,通过收获地上部分把污染物从中移除,并集中处理达到消除环境污染目的的技术。
一些本来不具有超积累特性但通过一些过程可以诱导出超积累能力的植物,超积累植物,诱导的超积累植物,通过向土壤中添加螯合剂,可以增加土壤溶液中金属含量,也可以促进金属向植物体内运输的方法称为诱导植物提取,一些具有很强的吸收重金属并运输到地上部积累能力的植物,用超积累植物在其整个生命周期能够来吸收土壤重金属并降低其含量的方法称为持续植物提取,
(二)植物固定,植物固定是利用植物本身特性及一些添加物质使环境中的重金属流动性降低,生物利用性下降,金属对生物毒性降低,并且植物对重金属的吸收降低,减少了重金属向食物链的迁移,污染风险降低。
通过植物枝叶分解物、根系分泌物对重金属的固定作用、腐殖质对金属离子的螯合作用,可减少金属被淋滤到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。
通过选择低富集的作物品种,达到污染土壤的充分利用及降低重金属污染风险的目的。
虽然植物固定并没有将重金属离子去除,彻底解决环境中的重金属污染问题,但是对于中度或轻度污染的土壤,可以通过作物品种的选择保障重金属污染土壤食物链的安全。
(三)植物过滤或根际过滤,是指利用超积累植物的富集特性,在根系或体内浓缩(富集)污染水体中的金属或有机污染物,达到污水处理的效果。
对于用作根系过滤的植物其累积不一定要集中在茎叶,可以在根系。
土壤植物根系过滤就是利用植物根系特性,通过改变根际环境,使重金属的形态发生化学改变,通过在植物的根部积累和沉淀,减少重金属在土壤中的移动性。
(四)植物挥发,植物挥发是指利用一些植物来促进重金属转变为可挥发的形态,挥发出土壤和植物表面的过程。
一些金属,如砷、汞等可以被生物甲基化而形成可挥发性的分子。
植物挥发为环境中具有生物毒性汞的去处提供了一种潜在可能性。
植物挥发时将环境中的重金属转移至大气,若从区域整体环境质量考虑,利用植物挥发修复重金属污染,应以不损害大气质量为前提。
四、修复植物的筛选,植物是植物修复技术的核心,无论是土壤修复,还是水体修复。
首先要选择合适的修复植物。
因此寻找可利用的修复植物并且进行合理的种植是植物修复研究的热点。
目前全世界大约发现了400多种超积累植物,而最重要的超积累植物主要集中在十字花科。
通过超积累植物的种植,吸收土壤中的重金属元素以降低土壤重金属含量,以达到治理污染、修复环境的目的,这是利用生态工程治理环境的一种有效方法。
植物地上部富集的重金属应达到一定的量,植物根部的重金属含量应低于植物地上部,超积累植物的界定,地上部,根部,用于修复的植物应具有以下几个特性:
(1)即使在污染物浓度很低时也有较高的积累速率;
(2)能在体内积累高浓度的污染物;(3)能同时积累几种金属;(4)具有一定的生物量和较快的生长速率;(5)具有抗病虫害能力;(6)植物易于种植,便于人工或机械操作。
五、展望,植物修复技术以其安全、廉价的特点正成为全世界研究和开发的热点。
它以太阳能为驱动能源,适用于中、低浓度污染土壤的治理,具有良好的生态效益,更适合发展中国家的需要,具有广阔的应用前景。
但该技术研究和应用时间较短,在理论体、修复机理及技术工艺上仍须进一步完善,以下几个方面的研究仍有待加强。
有待加强的地方,超积累植物的筛选与培育,outlook,基础理论和应用研究并举,植物修复技术的工艺研究,将土壤-植物系统重金属污染研究与基因工程、现代分子生物技术相结合,
(一)超积累植物的筛选与培育,我国的野生植物资源十分丰富,开发野生植物在植物修复中的应用具有较大优势。
但当前我国对治理土壤重金属污染的生物学修复法,尤其是对超积累植物的研究尚处于起步阶段。
因此,应加强寻找、筛选和培育对重金属具有超积累能力的植物研究,进行超积累植物资源调查,了解其分布,收集并建立超积累植物的数据库。
(二)基础理论和应用研究并举,重金属在植物体内的存在形式,植物对重金属超量吸收和积累及其解毒机制,超积累植物与根际微生物共存体系的作用,根际土壤环境条件下对重金属的生物有效性制约机理等一系列基础理论研究仍有待于进一步探索。
(三)植物修复技术的工艺研究,通过应用化学试剂络合剂、螯合剂、微生物或土壤改良剂、酸碱调节剂等增加目标重金属的生物有效性,提高植物吸收速率。
采取合理种植、科学施肥等耕作管理措施与技术,提高植物修复的速率。
总之,植物修复与化学修复结合,植物与微生物的联合修复将大大提高植物修复的效率,具有更广阔的应用前景,应重点研究。
(四)将土壤-植物系统重金属污染研究与基因工程、现代分子生物技术相结合,近年来许多研究者通过大量试验研究发现,外源基因在植物体内的高效表达可以提高植物吸收、运输、降解污染物的能力和修复的效率。
因此,要利用基因重组培育出具有极强吸收富集重金属的作物品种,从超积累植物中分离重金属的载体和耐性基因,并克隆到生物量更高的植物体内。
同时,还要致力于土壤-植物系统重金属元素的复合污染及元素间的交互作用和拮抗关系的研究,以及土壤重金属污染治理的生态工程原理的研究。
六、发展历程及成果,20世纪5070年代,20世纪70年代末至90年代初,近20年来,未来发展,发展历程,研究成果,近年来,中国科学院地理所、生态环境研究中心、浙江大学等单位在重金属超积累植物领域中的研究取得了一定的进展。
报道了我国境内的重金属超积累植物共有5种,1、砷超积累植物蜈蚣草,2、铜超积累植物海州香薷,3、大叶井口边草,4、锌超积累植物东南景天,5、镉超积累植物宝山堇菜,惊变,惊变大自然,保护我们的地球,保护生存的环境,繁华与没落,发展的背后隐藏的是什么?
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