湿地环境无机污染的植物修复技术

湿地环境无机污染的植物修复技术 湿地环境无机污染的植物修复技术 摘 要湿地是自然生态的重要组成部分，它的治理已经受到广泛关注。目前的湿地植物修复技术已经广泛地开展起来，包括有机污染和无机污染的治理。本文主要探讨湿地植物对无机污染的治理，包括湿地中水环境污染的植物修复和湿地中土壤的金属污染的植物修复两个部分，湿地植物的选择也需要一定的原则。湿地污染的植物修复必须得到广泛地关注，从而获得更好的发展。 关键词湿地植物 无机污染 植物修复 中图分类号：S791.246 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）36-0208-01 1 引言 湿地是自然生态系统的重要组成部分，其治污功能已引起许多学者的关注。湿地植物具有发达的根系可以固沙固土、防止水库泥沙淤积、减缓水流，最主要是湿地植物可以净化水质，在维持湿地自身生态平衡中发挥了主导作用。 湿地污染主要成因有工业污染、农业污染和人类生活污染，工业产生的废渣、废水、废气、农业用的化肥、农药、人类生活产生污水等通过地表径流、降雨等方式进入湿地，造成湿地氮、磷、有机污染物、COD、BOD、重金属、无机盐类等污染。污染的湿地系统可以通过湿地植物自身作用来净化被污染的水和土壤，从而达到湿地的生态恢复，这种依靠植物来修复湿地的作用就是植物修复。植物修复技术即以植物忍耐和富集某种或某些有机或无机污染物为基础，利用湿地植物或植物与微生物的共生体系，运用改良剂和生物学技术，来清除环境中污染物的一种环境污染治理技术，包括植物转载技术、根区生物修复、植物稳定技术、根滤技术和植物萃取技术 【1】。 2 湿地植物对无机污染的修复 2.1 湿地植物对水体中无机污染的修复 湿地植物在湿地水体净化中的作用主要体现在3个方面：直接吸收污水中可利用的营养物质、吸附和富集重金属和一些有毒有害物质；为根区好氧微生物输送氧气；增强和维持介质的水力传输。植物自身可以吸收同化污水中的营养物质及有毒有害物质，将它们转化为生物量；有根的植物主要是通过根系摄取营养物来净化湿地污水。 植物在人工湿地中的生长和繁殖，需要吸收大量的营养元素如N、P等，因此，植物吸收N、P是人工湿地去除N，P的重要机理之一【2】。研究表明，湿地植物对N的吸收量为0.030.3g/（m2d），对P的吸收量为1.818g/（m2a） 【3】。由于不同植物的吸收能力不同，导致对N、P的去除能力存在差异。池杉、水葱、茭白等去除N、P的效果比较明显【4】。Adcock等报道水麦冬对N、P的去除效果是芦苇的5倍【5】。徐德福等研究了杭州的11种植物如美人蕉、凤眼莲等对富营养化水体N、P的净化能力，结果表明，不同植物对N、P的吸收能力差异比较大，以凤眼莲和美人蕉对N、P的吸附能力较强【6】。 水生植物还能吸附、富集一些有毒有害物质，如重金属铅、镉、汞、砷、钙、铬、镍、铜、铁、锰、锌等，其吸收积累能力为：沉水植物飘浮植物挺水植物，不同植物以及同一植物的不同部位浓缩作用也不同，一般为：根茎叶，各器官的累积系数随污水浓度的上升而下降。一般认为，植物对有毒有害物质的吸收以被动吸收为主，增加植物和废水的接触时间，可增强植物对其的去除率【7】。戴全裕等利用凤眼莲修复无锡电影胶片厂的含银废水效果显著，并成功地从净化含银废水的植物残体中提炼出了大量白银【8】。Ellis等人的研究结果也表明，湿地中宽叶香蒲和黑三棱对高速公路径流中的铅和锌有较强的摄取、同化、吸附、富集能力。Cheng报道风车草能吸收富集水体中30%的铜和锰，对锌、镉、铅的富集也在5%15%。 2.2 植物对湿地土壤污染的修复 湿地土壤污染主要是重金属的污染。重金属污染土壤的植物修复是指通过植物对重金属进行吸收、挥发或稳定，降低重金属毒性。其中针对重金属污染土壤植物修复技术主要包括植物稳定技术和植物萃取技术。 植物稳定技术指利用耐性植物将重金属吸收、累积到根部或迁移到根际，从而固定重金属的一种方法，这一过程降低了重金属的流动性，也降低其生物有效性和防止其进入地下水和食物链，减少其对环境和人类健康的污染风险。植物可通过根部直接吸收水溶性重金属，重金属在土壤中向植物根部的迁移途径有两种：质体流作用：在植物吸收水分时，重金属随土壤溶液向根系流动到根部；扩散作用：由于根表面吸收离子，降低根系周围土壤溶液离子浓度，引起离子向根部扩散。到达植物根系表面的重金属离子被植物吸收、浓缩，其生理过程可能为两种方式，一种是细胞壁质外空间对重金属的吸收；另一种是重金属透过细胞质膜进入植物细胞。超富集植物可以活化土壤中不溶态的重金属，植物的根系可以分泌质子，从而促进了植物对土壤中重金属元素的活化和吸收。Wierzibika指出，从溶液中吸收的Pb，首先沉积在根系表面，然后以非共质体方式进入根冠细胞层。重金属离子可以在膜内以较高的浓度存在，这与蛋白质与重金属离子的亲合性很强有关，同时也取决于膜内的电负性。同时此项研究促进植物发育、根系发达、富集重金属于根中，将转移到地上部分的重金属控制在最小范围。植物还可以通过改变根际环境（pH，氧化还原电位）来改变污染物的化学形态，从而达到降低或消除重金属污染物化学和生物毒性作用，同时根际微生物（细菌和真菌）也可能发挥重要作用。 植物萃取技术也叫作植物富集技术，它指利用专性植物根系吸收一种或几种重金属，并将其转移、贮存到地上部分，然后收获茎叶，离地处理。金属离子进入根部后，可以通过木质部转运至地表部分，也可以通过韧皮部使金属在体内重新分配，对某些金属积累的植物的木质部液体分析表明：有机酸参与了重金属的转运。超富集植物体内的有机酸可降低重金属的毒性，促进重金属的运输。在工业废物或城市污泥使用而引起的重金属污染土壤上，连续种植几次超富集植物，就有可能去除有毒重金属，特别是生物有效性部分，从而复垦和利用被重金属污染的土壤或资源化利用。赵善道等人的研究表明，芦苇根系对Hg和Cr的富集能力较大，其茎叶则对Hg 的富集能力较大。据报道，现已发现Cd，Co，Cu，Pb，Ni，Se，Mn和Zn超富集植物400余种可能有更多的分布于世界各地。 3 湿地生态恢复植物的筛选 湿地植物选择的原则：净化能力强；具有抗逆性；易管理；综合利用价值高；美化景观；重视物种间的合理搭配。 在人工湿地植物种类应用方面，国内外均是以水生植物类型为主，尤其是挺水植物，其中以草本植物为主，而木本植物还很少【1】。国外最常用的湿地植物种类是芦苇、香蒲和灯心草，凤眼莲、黑三棱、水葱等植物也比较常用。国内在借鉴国外经验的基础上，根据国内的实际情况对湿地植物应用种类进行了扩展，除上述种类外，还有金钱草、大黄、美人蕉、香根草、茭白、苔草属、池杉等。 4 结论和展望 我国的湿地环境生物修复技术仍处于发展阶段，该技术的进一步开发还需要得到广泛支持。 由于不同湿地植物的处理能力差异很大，而且植物的生长具有区域性，受环境因素影响较大，所以有必要对适用于治理污染的湿地植物进行筛选和研究，以开发适合我国污染湿地的特点且具有较广适应性的修复植物。 参考文献 【1】 Alex JH，2000，Phytoremediation by constructed wetlandsA，In：Norman （eds）. Phytoremediationof Contaminated Soil andWaterC，Roca Raton，London，New York，Washington，DC，Lewis Publishers，1339. 【2】 徐德福，李映雪.2007，用于污水处理的人工湿地的基质、植物及其配置J，湿地科学，5（1）：32-38. 【3】 尹炜，等.2006，植物吸收在人工湿地去除氮、磷中的贡献J，生态学杂志，25（2）：218-221. 【4】 吴振斌，陈辉蓉.2001，人工湿地磷的去除研究J，水生生物学报，25（1）：28-35. 【5】 Adcock PW， Ganf G G. 1987，Growth characteristics of threemacrophyte species growing in a natural and constructed wetlandsystem J，Wat. Sci. Technol.，29（4）：95-102. 【6】 徐德福，等.2005，湿地植物对富营养化水体中氮磷吸收能力研究J，植物营养与肥料学报，11（5）：597-601. 【7】 J in G，Kelley T，VargasN，et al.2003，Preliminary evaluation ofmetals removal in three pilot-scale constructed wetland systemsJ，Management of Environmental Quality： An InternationalJournal， 14（3）：323-332. 【8】 戴全裕，等.1995，太湖入湖河道污染物控制生态工程模拟研究J，应用生态学报，（2）：201-205.