土壤修复常用富集重金属的植物介绍

土壤修复常用富集重金属的植物介绍与普通植物相比，学术界认为，超富集植物一般应具备4个基本 特征：首先，临界含量特征，即植物地上部如茎或叶重金属含量应达 到一定的临界含量标准，如锌、锰为10 000毫克/千克；铅、铜、镣、 钻、碑均为1 000毫克/千克；镉为100毫克/千克；金为1毫克/千 克。其次，转移特征，即植物地上部重金属含量大于根部重金属含量。 第三，耐性特征，即植物对重金属具有较强的耐性。其中对于人为控 制试验条件下的植物来说，是指试验中与对照相比，植物茎、叶、籽、 实等地上部分的干重没有下降。对于在自然污染状态下生长的植物来 说，是指植物的生长从长相来看没有表现出明显的毒害症状。第四， 富集系数特征，即植物地上部富集系数（定义：指某种元素或化合物 在生物体内的浓度与其在的环境中的浓度的比值）大于1。一般来讲， 植物体内重金属含量随土壤中含量的增加而提高。世界上已发现超富集或具有超富集性质的植物多达几百种，涉及 十字花科、凤尾蕨科、菊科、景天科、商陆科、堇菜科、禾本科、豆 科、大戟科等。在我国，科研人员已经发现了螟蚣草、东南景天、龙 葵、宝山堇菜、商陆、圆锥南芥、李氏禾等碑、锌、镉、锰、铅、铬 等超富集植物，转移系数（translocation factor ）是地上部元素的含量与地下部 同种元素含量的比值，即：转运系数=地上部植物中元素含量/地下 部植物中元素含量。用来评价植物将重金属从地下向地上的运输和富 集能力。转移系数越大，则重金属从根系向地上器官转运能力越强O滇白前调查，表明其地上部中含 Zn、Pb和Cd平均为（11 0433 537 ）、（ 1 5461 044 ）和（391196）mgkg -1，富集系数（地 上部和土壤金属质量分数之比）分别为0.35、0.08和1.05，转运系数 （地上部和根中金属质量分数之比）均超过1,均值分别为8.21、 3.90和8.36野外调查数据表明，滇白前是一种Pb/Zn/Cd共超富集 植物。滇白前对Zn、Pb富集系数小于1,主要是由于其对应土壤中 Zn、Pb质量分数太高(平均分别为(45 77832 819)、( 22 51213 613)mgkg -1 )所致。李氏禾李氏禾(Leersia Hexandra Swartz)是中国境内发现的第一种铬超 富集植物.通过水培实验，评价了李氏禾对水中Cr、Cu、Ni的去除潜力. 结果表明，李氏禾能够有效去除水体中的Cr、Cu、Ni污染物，重金属初 始浓度分别为10和20 mg-L-1的营养液,10 d后Cr浓度降低到原子 吸收分光光度法检出限以下,10 d后Cu浓度降低到1.02 mg-L-1和 1.25 mg-L-1,20 d后Ni浓度降低到1.10和2.14mgL-1.收获的植物 根、茎、叶中重金属含量均较高,根中重金属含量显著高于茎、叶.单株 生物量的比较结果表明,含Cr培养液中生长的李氏禾生物量与对照相比 无显著减少(P0.05)，含Cu、Ni营养液中生长的李氏禾生物量均显著 低于对照(P0.05),表明李氏禾对Cr的耐性强于Cu和Ni.李氏禾适宜 于湿生环境中生长，能对多种重金属产生大量富集对Cr、Cu、Ni等重 金属污染水体的修复表现出较强的潜力.宝山堇菜通过野外调查和温室试验，发现并证实宝山堇菜(Viola baoshanensis)是一种Cd超富集植物启然条件下，宝山堇菜地上部Cd 平均含量为1168 mg/kg,变化范围为4652310 mg/kg地下部Cd平 均含量为981 mg/kg,变化范围为2331846 mg/kg.地上与地下部 Cd含量比值变化范围0.412.22，平均为1.32.Cd生物富集系数变化 范围为0.75.2，平均为2.38.营养液培养试验研究表明，宝山堇菜地上 部Cd含量随生长介质中Cd浓度的增加而呈线性增加.营养液Cd浓度 为50 mg/L时,地上部Cd平均含量达到4825 mg/kg在Cd浓度为30 mg/L时,生物量达到最大值;地上与地下部Cd含量的比值变化范围为 1.142.22，平均为1.67，显示宝山堇菜不仅可以超量吸收Cd,而且可以 从地下向地上部有效输送.宝山堇菜的发现将为Cd超富集植物的生理、 生化、遗传和进化及其在Cd污染土壤修复方面的研究提供新的重要材 料.圆锥南芥随着Cd添加浓度的增加，圆锥南芥的生物量、叶片数、直径长以 及Cd含量均呈增加趋势.Cd添加浓度为240mg kg-1时生物量增加 了 137%,叶片数增加了 1.02倍，直径较对照增加了 130%，叶片中Cd含 量达到451mg kg-1.NO3-N和NH4+-N呈先降低后升高的变化趋 势，在Cd浓度为240mg kg-1时达最大值东南景天形态特征多年生草本；茎基部横卧，着地生根；花茎高10-2 。厘米，有分枝；叶互生，下部叶常脱落，条状楔形、匙形至匙状倒卵形，长1.2 -3厘米，顶端钝，有时微缺，基部狭楔形，有距；蝎尾状聚伞花序 花多，苞片似叶而小；花无梗，直径1厘米；萼片条状匙形，不等长， 基部有距；花瓣黄山；鳞片5,匙状正方形，长1-2毫米，顶端钝 截形；心皮5,卵状披针形，直立，基部合生；骨突果斜叉开。环境作用东南景天是近年在浙江衢州、湖南郴州古老的铅锌矿区发现的一 种锌、镉、铅超积累植物，能将镉、锌、铅等较多地吸收到植株的地 上部，有效减轻土壤重金属污染。东南景天不仅对土壤过量的锌、镉、 铅具有强忍耐能力和超积累特性，并具有多年生、无性繁殖、生物量 较大及适于刈割的特点。同时，它适应性强，耐瘠薄、干旱及强光等 恶劣生境，观赏性强，是实施植物修复与生态绿化的优良植物。以下列举了一些常见的可作修复重金属元素污染的超富集植物。 这种植物具有很强的超富集能力，其叶片含碘量可达千分之八，能够 抵受含碘量为3%的受污染环境。它的富集能力随着生长发育不断增强， 超富集特性还可以遗传给下一代。在我国南方的湖南、广西等地大面 积存在，其生长旺盛，个体高大。紫茬苜蓿对铅有很强的富集能力，其根、茎、叶的富集能力依次 为根茎叶，紫茬苜蓿的生物量很高，可大面积种植。芥（gai）菜不仅可吸收铅，也可吸收并积累铬、镉、镣、锌和铜 等重金属元素，春天时在野外大面积生长，是一种野生植物。凤眼莲素称水葫芦，是一种浮生植物，每公顷凤眼莲1天可从污 水中吸收银1。25千克，吸收金、铅、镣、镉、汞等有毒金属2。175千克。除了以上这些植物，一些其它的水生和沼生植物如水浮莲、水风 信子、菱角、芦苇和蒲草等都能从污水中吸收金、银、汞等多种总金 属元素。地榆达到对Cd、Cu具有超富集能力，其富集系数分别为1.78和 1.06 ；苦荬菜对Cd、Zn的富集系数分别为2.76和1.37 ；白花败酱对Cd和Pb的富集系数分别为1.18和1.13。种群爆发种群爆发(Population outbreaks)，是指动物密度比平常显著 增加的现象。合适的气候条件和食物条件、天敌控制的解除、种群内 部机制等常为爆发的原因。多种农作物害虫、森林害虫都具有突然爆 发的特征，一旦发生，如果控制措施跟不上就会形成严重虫灾。像红 蜘蛛、蝗虫、松毛虫等都可能经过相当时间低密度期以后，在某一特 别有利的时间突然大爆发，造成大面积虫害。大面积单一种植易于引 起虫害大爆发。农药的滥用造成天敌减少以后也容易引起害虫大爆发。植物也有形成严重危害的例如，贯叶金丝桃，多年生有毒杂草,欧亚大 陆.1904年被带入美国加洲北部到1944年，扩展到80万公顷.1967年，新疆北部农区小家鼠种群大发生波及3个专区10多个县， 粮食损失达1.5亿kg.小家鼠有特别强大的生殖潜能，但其潜能的发挥受到其自身种群 密度和多种环境因素的制约。种群密度的改变可导致个体极显著的生 理变化和行为改变，在高密度的种群中，观察到肾上腺皮质增生，幼 体胸腺萎缩和雌雄个体生殖腺的萎缩，表现出繁殖受到强烈的抑制。 加上气候、农业收成和疾病的影响，使得小家鼠种群动态十分复杂多 变。在个别年份，其数量可猛增千倍左右。如新疆天山北麓于1967年， 伊犁谷地于1970年，都曾发生过小家鼠的大暴发，造成极大的危害。小家鼠数量的年间变化幅度也很大，并无一定周期，但并非没有规律。 如在高数量年后，一般紧接着一个或几个低数量年，而且前一年数量 越高，随后的数量越低，影响越久。根据其数量水平和危害特点，可 将小家鼠的数量分为大暴发年、小暴发年、中暴发年和低数量年。.(1) 数量高各主要栖息地捕获率均超过50%。由于夹日法的固 有缺点，不能反映高密度种群的数量，所以其实际密度更高。(2) 发生早，持续期长，消退急骤两大暴发年5月份鼠密度很高， 610月份成群危害，到下第一场雪时则突然消失。(3) 行为改变集结流窜，白天也活动，无所不食。(4) 危害烈，破坏力特强可以成片毁灭庄稼，咬毁室内各种物品， 酿成地区性特大灾害。(5) 鼠个体趋小，抗逆性变弱数量中常年份小家鼠平均体重 17.2g，每千克58只，大暴发年平均体重不足14g，每千克72只。中 常年份雪后小家鼠仍很活跃，在野外也能保持相当数量，大暴发年的 头场雪后鼠群骤逝，表明其耐寒性极弱。(6 )生理改变生殖腺萎缩，10月上旬即全部停止繁殖，雌成鼠 无一怀孕。(7)种群崩溃大暴发后次年种群数量必降至最低点，即种群“爆 炸”以后出现“崩溃”现象。1957年索马里蝗灾，蝗虫约160亿只，总重5万吨.2001-2002年 锡盟发生蝗灾，造成严重损失蝗虫属直翅目，昆虫纲、蝗科。虫体一般 绿色或黄褐色。咀嚼式口器。后足大，适于跳跃。不完全变态，幼虫 称为“蛹”，主要以禾本科植物为食。蝗虫种类很多，世界上共有1 万余种，我国有300余种，如飞蝗、稻蝗、竹蝗，意大利蝗、蔗蝗、 棉蝗等。蝗虫是农林业的主要害虫。人类很早就注意到严重的蝗灾往往和严重旱灾相伴而生。我国古 书上就有旱极而蝗的记载。近几年来非洲几次大蝗灾也都与当地 的严重干旱相联系。造成这一现象的主要原因是，蝗虫是一种喜欢温 暖干燥的昆虫，干旱的环境对它们繁殖、生长发育和存活有许多益处。 因为蝗虫将卵产在土壤中，土壤比较坚实，含水量在10%20%时最适合它们产卵。干旱使蝗虫大量繁殖，迅速生长，酿成灾害的缘由有两方面。一 方面，在干旱年份，由于水位下降，土壤变得比较坚实，含水量降低， 且地面植被稀疏，蝗虫产卵数量大为增加，多的时候可达每平方米土 中产卵40005000个卵块，每个卵块中有5080粒卵，即每平方 米有20万40万粒卵。同时，在干旱年份，河、湖水面缩小，低洼 地裸露，也为蝗虫提供了更多适合产卵的场所。另一方面，干旱环境 生长的植物含水量较低，蝗虫以此为食，生长的较快，而且生殖力较 局。相反，多雨和阴湿环境对蝗虫的繁衍有许多不利影响。蝗虫取食 的植物含水量高会延迟蝗虫生长和降低生殖力，多雨阴湿的环境还会 使蝗虫流行疾病，而且雨雪还能直接杀灭蝗虫卵。另外，蛙类等天敌 增加，也会增加蝗虫的死亡率。螟蚣草生于海拔2000-3100m的空旷钙质土或石灰岩石上。螟蚣草是世 界上第一种被发现的碑的超富集植物，对重金属具有超常规吸收与富 集能力。将螟蚣草植于污染土壤，吸收重金属加以回收，可达到“清 污与回收”双重目的。螟蚣草对土壤中铅、铜、锌与碑均有不同程度 的抗性和修复能力。在自然条件下，螟蚣草可生长在碑含量4050mg/Kg 土壤中，甚至能在碑含量高达23400mg/Kg的矿渣中正常 生长；在野外其叶片碑含量超过1000mg/Kg，室内栽培的叶片碑含量 高达5070mg/Kg。螟蚣草可在铅浓度高达33683550mg/Kg的铅 锌矿尾砂库及其周围环境成片生长；可在铜含量89612802mg/Kg 的矿区土壤中正常生长，且其体内铜浓度高达918mg/Kg ;可在锌浓 度高达22616mg/Kg的矿渣上正常生长，其羽叶锌含量最高可达 737mg/Kg。目前，利用蜈蚣草等植物富集与修复碑、铜和锌等重金 属污染的技术已推广应用，螟蚣草生长速度快、生物量大、地理分布 广、适应性强，应用其修复碑污染土壤是现有修复方法中的一种成本 低廉、快速的绿色修复技术，具有良好的应用前景。螟蚣草在富集砷 的过程中，其正常生长也需要吸收土壤中的氮、磷、钾等植物必需的 吕弄兀素。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。紫茬苜蓿对铅有很强的富集能力，其根、茎、叶的富集能力依次 为根茎叶，紫茬苜蓿的生物量很高，可大面积种植。芥菜不仅可吸收铅，也可吸收并积累铬、镉、镣、锌和铜等重金 属元素，春天时在野外大面积生长，是一种野生植物。凤眼莲素称水葫芦，是一种浮生植物，每公顷凤眼莲1天可从污 水中吸收银1。25千克，吸收金、铅、镣、镉、汞等有毒金属2。175 千克。赤潮海水富营养化是赤潮发生的物质基础和首要条件由于城市工业废水和生活污水大量排入海中，使营养物质在水体 中副集，造成海域富营养化。此时，水域中氮、磷等营养盐类；铁、 锰等微量元素以及有机化合物的含量大大增加，促进赤潮生物的大量 繁殖。赤潮检测的结果表明，赤潮发生海域的水体均已遭到严重污染， 富营养化。海水的温度是赤潮发生的重要环境因子，20301是赤潮 发生的适宜温度范围。在赤潮发生时，水域多为干旱少雨，天气闷热， 水温偏高，风力较弱，或者潮流缓慢等水域环境。海水养殖的自身污 染亦是诱发赤潮的因素之一。由于养殖技术陈旧和不完善，往往造成 投饵量偏大，池内残存饵料增多，严重污染了养殖水质，大量残饵、 及其它形式的含氮化合物物，加快了海水的富营养化。在植物性赤潮发生时，由于植物的光合作用，水体会出现高叶绿 素a、高溶解氧、高化学耗氧量。这种环境因素的改变，致使一些海洋 生物不能正常生长、发育、繁殖，导致一些生物逃避甚至死亡，破坏 了原有的生态平衡。赤潮的预防一、控制污水入海量，防止海水富营养化二、建立海 洋环