重金属污染植物修复

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,重金属污染植物修复,主要内容,1,土壤重金属污染现状,2,重金属污染的植物修复技术,3,问题与展望,什么是重金属?,化学上跟据金属的密度把金属分成重金属和轻金属，常把密度大于,5g/cm,3,的金属称为重金属。如：金、银、铜、铅、锌、镍、钴、铬、汞、镉等大约,45,种。,从环境污染方面所说的重金属是指：,镉、铬、汞、铅,以及类金属,砷,等生物毒性显著的重金属。对人体毒害最大的有,5,种：,铅、汞、铬、砷、镉,。这些重金属在水中不能被分解，人饮用后毒性放大，与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有机物。,重金属污染,重金属污染物在土壤中的活性小，易于积累，土壤一旦被其污染则极难消除。,镉,和,砷,是极毒的；,汞、铅、镍是中等毒性；,铜、锌的毒性较低。,土壤中的重金属来源主要是“三废”排放。,重金属的危害,重金属,重金属可通过食物链在人体内富集,重金属的危害,汞,：,食入后直接沉入肝脏，对大脑、神经、视力破坏极大。天然水每升水中含,0.01,毫克，就会导致人中毒。,镉：,导致高血压，引起心脑血管疾病；破坏骨骼和肝肾，并引起肾衰竭,铅：,是重金属污染中毒性较大的一种，一旦进入人体将很难排除。能直接伤害人的脑细胞，特别是胎儿的神经系统，可造成先天智力低下,钴：,能对皮肤有放射性损伤。,钒：,伤人的心、肺，导致胆固醇代谢异常。,锑：,与砷能使银手饰变成砖红色，对皮肤有放射性损伤。,铊：,会使人多发性神经炎。,锰：,超量时会使人甲状腺机能亢进。也能伤害重要器官。,砷：,是砒霜的组分之一，有剧毒，会致人迅速死亡。长期接触少量，会导致慢性中毒。另外还有致癌性。,重金属的危害,20,世纪,60,年代,在日本的富山县神通川流域,由于铅锌冶炼厂排放的含镉废水污染水稻田,居民长期食用含镉稻米和含镉水而造成镉中毒,镉进入人体后破坏人体的骨骼系统,使骨质变脆易折,也就是所谓的骨痛病,这种病在当地流行,20,多年，造成,200,多人死亡,Cd,中毒,重金属的危害,“水俣病”于,1953,年首先在日本九州熊本县水俣镇发生，当时由于病因不明，故称之为水俣病。水俣病主要发生途径是人或其他动物食用了含有机水银污染的鱼贝类，使有机水银侵入脑神经细胞而引起的一种综合性疾病，是世界上最典型的公害病之一。,1991,年，日本环境厅公布的中毒病人仍有,2248,人，其中,1004,人死亡,Hg,中毒,重金属污染现状,据统计,，,全世界每年平均排放,Hg,约,1.5,万吨、,Pb,约,500,万吨、,Cu,约,340,万吨、,Ni,约,100,万吨、,Mn,约,1500,万吨。,最后绝大多数通过各种各样的途径进入土壤。,重金属污染现状,目前世界各国土壤都存在不同程度的重金属污染。,日本,受,镉,污染的农田有,47.2,万,亩，占重金属污染总面积的,82%,，主要是由于重金属开采和冶炼排放废水造成的。日本富山冶炼厂排出的含,镉,废水和废气污染了附近农田，使稻田土壤含,镉,量达,7100mg/kg,，在这种土壤上生产的稻米含,镉,量达,1300 mg/kg,。,重金属污染现状,据估计，在美国新泽西州，,1900-1980,年，大约有,6804,吨的砷以农药的形式进入到土壤中。,连生态环境最好的非洲大陆也没有能够逃脱被污染的命运，报告显示在过去的几十年间，非洲各地重金属污染持续增加，,Pb,和,Cd,污染大面积散布，,Hg,和,As,污染也在个别地区出现,。,重金属污染现状,1980,年中国工业“三废”污染耕地面积,266.7,万,hm,2,1988,年增加到,666.7,万,hm,2,1992,年增加到,1000,万,hm,2,以上。,农业部调查资料表明,:,我国遭受重金属污染的土地面积占总污染面积的,64.8%,，其中轻度污染占,46.7%,，中度污染占,9.7%,，严重污染占,8.4%,，且以,Hg,和,Cd,的污染面积最大。,重金属污染现状,2000,万公顷：,2009,年中国食品安全高层论坛报告上的数据显示，我国重金属污染土壤面积至少有,2000,万公顷,，占全国耕地总面积的,1/5,。,200,亿元：,中国,每年因土壤污染而减产粮,食约,1000,万,t,，另,有,1200,万,t,粮食遭到重金属污染，直接经济损失超过,200,亿元。,10.3,：,有许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中,Cd,、,Cr,、,As,、,Pb,等重金属含量接近临界值或超标，,2002,年,全国市场稻米安全性抽检结果显示，稻米中镉超标率为,10.3,。,4035,人：,环保部称，,2009,年，重金属污染事件致使,4035,人血铅超标、,182,人镉超标，引发,32,起群体性事件,。,重金属污染现状,65,的中国人以稻米为绝对主食，而美国农业部的一项研究表明，,水稻,是对镉吸收最强的大宗谷类作物，其籽粒镉水平仅次于生菜。,2002,年，农业部稻米及制品质量监督检验测试中心曾对全国市场稻米进行安全性抽检。结果显示，稻米中,镉超标率为,10.3,。南京农业大学农业资源与生态环境研究所教授潘根兴在全国六个地区县级以上市场随机采购大米样品,91,个进行检测，结果也同样表明：,10,左右的市售大米镉超标。有人计算，即便稻米达到国家限定的镉含量,0.2mg/kg,，中国南方人每日摄入镉的总量也大大超出世界卫生组织推荐的限定额。多位学者认为，未来中国农产品安全问题中，重金属污染将取代农药，成为事故多发地带,。,1,土壤重金属污染现状,2,重金属污染的植物修复技术,3,问题与展望,重金属污染土壤的修复技术,生物修复,重金属污染土壤修复方法,物理修复,化学修复,微生物修复,植物修复,各种修复方法比较,类型,处理名称,处理成本,处理面积,处理效果,环境风险,应用现状,物理法,换土法,高,小,好,有,工程应用,客土法,好,有,工程应用,热处理法,较好,有,商业化,电动修复,较好,有,商业化,化学法,化学固定,高,小,较好,有,工程应用,化学淋洗,较好,有,工程应用,生物法,微生物修复,低,大,好,无,实验室,植物修复,好,无,工程应用,传统的处理重金属的物理化学方法各有优点，但也不同程度地存在着投资大、能耗高、操作困难、易产生二次污染等缺点，特别是在处理低含量重金属污染时，其操作费用和原材料成本过高。,植物修复的概念,植物修复,(Phytoremediation),技术是指利用绿色植物的生命代谢活动吸收、分解、挥发或固定土壤重金属作用，降低重金属在土壤中的含量和有效态含量，从而使污染了的环境能够部分恢复到原初状态的过程,。,植物修复的优点,植物修复是原位修复技术，对环境扰动小,;,对植物集中处理能减少二次污染，可采取植物冶炼技术回收金属尤其是贵金属，植物修复具有经济以及生态协调性优势。,每清除,2.5,英亩、,18,英寸深的土壤，常规技术要处理,5000,吨土壤，而利用植物只产生,2530,吨的灰分，花费缩减,10-100,倍,植物修复重金属的途径,植物提取(,Phytoextraction,),植物固化(,Phytostabilization,),植物挥发(,phytovolatilization),根系过滤(,Rh,izofiltration,)。,植物提取技术,即利用重金属,超积累植物,(hyperaccumulators),从土壤中吸取金属污染物，随后收割地上部并进行集中处理，连续种植该植物，达到降低或去除土壤重金属污染的目的。,植物提取,持续植物提取技术,诱导植物提取技术,持续植物提取技术,持,续植物提取依赖于一些,重金属超富集植物,，,在其整个生命周期能够吸收、转运、积累和忍耐高含量的重金属。,关键,:,植物超积累或富集重金属的能力,Baker,等田间试验显示超积累植物遏蓝菜,(,Thlaspi caerulescens,),在土壤含锌,440mg/kg,时，地上部分锌含量是土壤全锌的,16,倍，若把土壤含锌量降低到,300mg/kg,的欧盟允许标准，只需种植遏蓝菜,14,次,超积累植物：蜈蚣草、遏蓝菜、硬度芥菜、东南景天、宝山堇菜等,诱导植物提取技术,即利用鳌合剂,通过施用鳌合剂使土壤固相键合的金属释放，增加土壤溶液中的重金属浓度,，大幅度提高植物对重金属的吸收和富集能力。,印度芥菜、玉米、向日葵、蚕豆,螯合剂（EDTA、HEDTA和CDTA）,对铅、锌、镉和铜的富集增加,适用于在土壤中极难移动的污染元素,诱导植物提取技术,添加,EDTA,10mmol/kg,的,EDTA,则可使印度芥菜植株地上部分的铅含量高达,15000mg/kg,添加,EGTA,10mmol/kg,的,EGTA,可使印度芥菜植株地上部分的,Cd,含量提高,10,倍，达到,2800mg/kg,地上部分的,Cd,、,Pb,含量,Pb,原始,加,EGTA,后,70,Cd,2800,15000,mg/kg,加,EDTA,后,印度芥菜,诱导植物提取技术,鳌合剂的施用可使玉米、豌豆地上部,Pb,含量从小于,5OOmg/kg,增加到大于,10000mg/kg,。,地上部分的,Pb,含量,原始,500,70,10000,mg/kg,加,EDTA,后,玉米、豌豆,植物固定(phytostabilization),是指,利用一些植物来促进重金属转变为低毒性形态的过程。在这一过程中，土壤的重金属含量并不减少，只是形态发生变化。,分解、沉淀、螯合、氧化还原,等过程,土壤,Pb,Pb,Pb,Pb,植物根系,惰性,Pb,惰性,Pb,土壤,Cr,6+,Cr,3+,Kumar,等在含铅,625mg/kg,的土壤盆栽处理中种植印度芥菜,3,个星期后使淋溶液中的铅含,量由,740,g/mL,下降到,22,g/mL,。,生物有效性最强,毒性减弱,印度芥菜,植物挥发,(phytovolatilization),其机理是利用植物根系吸收金属，将其转化为气态物质挥发到大气中，以降低土壤污染。目前研究较多的是,Hg,和,Se,。,Hg,2+,Se,3+,Hg,2+,CH,3,SeCH,3,+CH,3,Se,2,CH,3,（气态）,洋麻、紫云英、印度芥菜,Hg,2+,Hg,携有细菌Hg还原酶基因merA的植物,高毒,低毒,Se,3+,Se,3+,ATP,硫化酶,植物挥发,(phytovolatilization),根系过滤(Rhizofilration),指利用植物根部过滤、沉淀土壤、富集污染物。,目前用于根系过滤的植物有向日葵、印度芥菜、宽叶香蒲及烟草等。根系过滤主要用于重金属污染的土壤，也可以是放射性核素如,U,、,Cs,或,Sr,污染的水体,。,水科植物浮萍和水葫芦可有效吸收清除水体中的,Cd,，,Cu,和,As,等重金属。,超积累植物,超富集植物是指能超量吸收上壤重金属并将其运移到地上部的植物，是植物修复的,核心和基础,。,超富集植物的,特征,：,植物的生长没有出现明显的毒害症状,。,地上部,对某种重金属的积累要达到一定量,富集系数,BF1,，,转运系数,TF1,，对土壤中的重金属有较强的吸收和向地上转运的能力。,BF,地上部器官中重金属含量,土壤中重金属含量,TF,茎叶中重金属含量,根部重金属含量,元素,Cd,Ni,Pb,Cu,Zn,Mn,临界值（,mg/kg,）,100,1000,1000,1000,10000,10000,超富集植物,迄今发现超积累植物,480,种，广泛分布于约,50,个科，但绝大多数属于镍超积累植物,(329,种,),As超富集植物,蜈蚣草的砷转运系数为,1-7,砷浓度可达普通植物砷浓度的数十万倍,;,羽片的砷浓度甚至超过,10000 mg/kg,蜈蚣草,Zn超富集植物,由杨肖娥等发现的第一种,Zn,超富集植物。地上部的,Zn,含量达,5000ppm,，富集系数达,1.9,以上。,东南景天,Mn超富集植物,商陆是,Mn,超积累植物，薛生国等研究表明当,Mn,供应水平达到,12000M/L,时，叶片锰含量达到,36380mg/kg,，生物富集系数