生态修复技术在土壤污染治理中的应用.ppt

,植物修复在重金属污染土壤治理中的应用,2009级环工-1班石航坤,目录,前言我国土壤重金属污染现状及问题重金属污染的土壤植物修复概论重金属污染土壤的植物修复过程超积累植物中回收重金属的工艺结束语,前言土壤重金属污染物有汞、镉、铅、锌等,主要来源于交通运输、工业污染和农业污染。土壤重金属污染会导致农作物减产甚至死亡,对人体健康也会产生极大危害。目前土壤重金属污染修复的技术主要包括工程修复法、物理化学修复法、化学修复法和生物修复法。植物修复技术作为一种新兴的绿色、生态、高效的修复技术具有良好的发展前景。,我国土壤重金属污染现状,近年来，由于矿产资源的大规模开采、冶炼，化肥、农药的不当使用等人类生产活动导致土壤重金属污染程度日益严重。,受重金属污染的土壤,贵州独山砷污染事件,河里撒满了石灰，用来消毒,蒙永琼站在禁止喝水的黑神河旁边,2008年1月23日，国家环保总局发出通报称，2007年年底，贵州省独山县瑞丰矿业有限公司将1900吨含砷废水直接排入都柳江，造成下游群众饮水危机，17人出现不同程度的砷中毒。环保部门认这起环境污染事件性质恶劣，相关负责人已被公安部门刑事拘留。污染的源头，是都柳江上游独山县三利公司制酸车间(又称“瑞丰公司”)未经许可，擅自违法生产排污。,土壤重金属污染存在的问题,与有机污染不同，土壤中的重金属不能被生物分解，它只能由一种氧化状态变成另一种状态。同时，土壤污染的隐蔽性和滞后性,使得一些重金属污染问题不能被我们的感官发现,往往要通过分析化验土壤样品,甚至是长期研究人畜健康状况才能被发现。而且由于土壤污染具有累积性和不可逆转性,一旦污染发生,仅仅靠切断污染源的方法很难恢复,治理污染土壤的成本高,周期长。,重金属污染土壤的植物修复概论,中山大学重金属土壤修复基地,重金属污染土壤的植物修复概论,一、概念,植物修复是指用植物吸收土壤中的重金属并将其带走,最终达到清除土壤中重金属的一类技术总称,也称绿色修复或生物修复。它是一门新兴的环境污染治理应用技术,用来进行修复的植物可以包括高等植物界的一切植物。,植物修复在中国,植物修复在中国，从1999年开始，在国家“863”计划、“973”计划和国家自然科学基金重点项目的支持下，地理科学与资源研究所环境修复中心研究员陈同斌带领的研究组筛选出一种砷超富集植物，解决了砷污染土地植物修复技术中的一系列关键难题，在国际上建立了第一个砷污染土地的植物修复示范工程，并先后在广西河池和云南红河州开始推广应用。此外关于水体污染植物修复技术（漂浮植物修复技术）的研究工作也在推行之中。,重金属污染土壤的植物修复概论,二、单一植物修复根据其作用过程和机理,重金属污染土壤的单一植物修复技术可分为植物固定、植物挥发、植物吸收、植物降解、根际生物降解修复五种类型。,重金属污染土壤的植物修复概论,二、单一植物修复,1、植物吸收即利用重金属超积累植物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。这些植物有两类，超量积累植物和诱导的超量积累植物。,重金属污染土壤的植物修复概论,二、单一植物修复,1、植物吸收超量累积植物是指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，诱导的超量累积植物则指一些本不具有超量积累特性但通过一些过程可诱导出超量积累能力的植物。,目前已发现有700多种超积累重金属植物，积累Cr、Co、Ni、Cu、Pb的量一般在0.1%以上，Mn、Zn可达到1%以上。,1,蜈蚣草是凤尾蕨科、凤尾蕨属中型陆生蕨。研究表明，蜈蚣草对土壤中铅、铜、锌与砷均有不同程度的抗性和修复能力。在自然条件下，蜈蚣草可生长在砷含量4050毫克/公斤土壤中，甚至能在砷含量高达23400毫克/公斤的矿渣中正常生长；在野外其叶片砷含量超过1000毫克/公斤，室内栽培的叶片砷含量高达5070毫克/公斤。,蜈蚣草成套技术与成功实例,世界上第一个砷污染土壤植物修复基地,修复前：湖南郴州苏仙区邓家塘乡因砷污染导致600多亩稻田弃耕、2人死亡、400多人集体住院，诱发严重纠纷和暴力冲突，曾引起国务院高度重视，中央电视台焦点访谈专门报道。,修复后：在田间种植条件下，蜈蚣草叶片含砷量高达0.8%，有力证明了蜈蚣草在砷污染土壤的治理方面具有极大的应用潜力。,东南景天，多年生草本植物。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。一般认为，植物地上部分锌含量达到3000mg/Kg，是锌超富集植物的临界标准。浙江大学杨肖娥等研究表明，东南景天的地上部锌含量高5000mg/Kg，富集系数为1.251.94，大于1；而营养液培养试验发现，东南景天地上部锌含量高达19674mg/Kg。可见，东南景天具有超富集锌的特性和功能。,重金属污染土壤的植物修复概论,二、单一植物修复,2、植物挥发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。印度芥菜有较高的吸收和积累硒的能力。,重金属污染土壤的植物修复概论,二、单一植物修复,3、植物固定利用耐重金属植物或超累积植物降低重金属的活性，从而减少重金属被淋洗到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。,重金属污染土壤的植物修复概论,二、单一植物修复,3、植物固定的缺点（1）应用植物稳定原理修复污染土壤应尽量防止植物吸收有害元素，以防止昆虫、草食动物及牛、羊等牲畜在这些地方觅食后可能会对食物链带来的污染。,重金属污染土壤的植物修复概论,二、单一植物修复,3、植物固定的缺点（2）而且植物稳定作用并没有将环境中的重金属离子去除，只是暂时将其固定，使其对环境中的生物不产生毒害作用，但如果环境条件发生变化，重金属的生物可利用性可能又会发生改变。因此，植物固定不是一个很理想的修复方法。,重金属污染土壤的植物修复概论,二、单一植物修复,4、植物萃取种植一些特殊植物，利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并运移至植物地上部，通过收割地上部物质带走土壤中污染物的一种方法。植物提取作用是目前研究最多，最有发展前景的方法。,重金属污染土壤的植物修复概论,三、植物与微生物联合修复,1、植物与菌根真菌的联合修复微生物不仅能将本身分泌的质子、酶、铁载体等用来活化重金属，而且也可将土壤有机质和植物根系分泌物转化为自身利用，同时这些小分子化合物（如有机酸）对土壤中的重金属也有活化作用。,重金属污染土壤的植物修复概论,三、植物与微生物联合修复,2、植物与细菌的联合修复细菌对金属的细胞外吸附是其抗性机制之一。细菌的分泌物质，如多聚体，含有多种具有金属络合、配位能力的基团，这些基团能通过离子交换或络合作用与金属结合形成金属有机复合物，使有毒金属元素毒性降低或变成无毒化合物。,微生物对重金属的抗性和解毒机制,菌根菌在植物修复重金属污染土壤中的作用,菌根是土壤中一些真菌侵染植物根部形成的菌-根共生体，在自然界中普遍存在，而这种真菌则称为菌根菌。菌根菌不但可以直接对重金属产生直接作用，减轻植物的重金属毒害性，而且还可以通过改变植物吸收磷养分的能力，改善植物根际、土壤微环境等间接作用于植物及其周围环境的途径，来提高植物对重金属胁迫的抗性。,根瘤菌-豆科植物共生体系应用于重金属污染地的生态修复,重金属污染土壤的植物修复概论,四、植物修复与化学方法联合修复,在污染的土壤中，大多数重金属离子处于固相中，被吸附在土壤颗粒表面，并且结合的非常牢固。化学方法可以打破这种状态，将处于固相的重金属转化为植物可富集的处于液相的金属离子。,重金属污染土壤的植物修复概论,四、植物修复与化学方法联合修复,植物修复与化学方法的结合原理就是扰动重金属在土壤液相浓度和固相浓度之间的平衡。因此，对许多植物而言，需要向土壤中添加移动剂以增加土壤溶液中的金属浓度，进而促进植物对金属的吸收和富集。,Pealosa等(2007)研究了几种促进羽扇豆修复土壤重金属污染的因素，结果发现,螯合剂NTA（三乙酸腈）能够促进金属离子(Fe、Mn、Cu、Zn、Cd）迁移，促使羽扇豆所含的金属离子浓度升高,尤其是As、Cd和Pb浓度增加更明显。采用这种方法时，需要注意螯合剂的用量，以免造成二次污染。,重金属污染土壤的植物修复概论,五、植物修复的优点,1、操作简单，成本低。植物修复技术无需专门的设备和专业操作人员，工程上容易推广和实施。植物修复技术的运行成本远远低于传统方法。,重金属污染土壤的植物修复概论,五、植物修复的优点,2、对土壤生态环境破坏小植物修复是个自然过程，不需要挖掘、运输土壤，对土壤生态环境破坏小，同时也不会破坏生态景观，适用于治理大面积的污染，净化和美化环境。,重金属污染土壤的植物修复概论,五、植物修复的优点,3、不易造成二次污染通过对植物的集中处理，一般不会出现二次污染，同时对一些植物体内的金属特别是贵金属还可回收利用。,重金属污染土壤的植物修复概论,五、植物修复的弊端,1、修复周期长2、修复对象单一3、对深层污染的修复有困难4、由于气候和地质等因素使得植物的生长受到限制5、存在污染物通过“植物动物”的食物链进入自然界的可能,重金属污染土壤的植物修复过程,超积累植物中回收重金属的工艺,结束语,目前，对于耐性物种的筛选多集中在野外受污染区耐性物种上，但是，己经发现的物种数量和中国的生物资源量相比较只是很小的一部分，所以在中国范围内，进行耐性植物的人工筛选显得尤为重要，采取分子育种、基因工程技术，找出影响耐性品种的关键基因，并克隆复制到植物体内，将具有很强的现实意义。,完！谢谢观赏,