植物修复技术相比于传统的一些修复技术具有较大的优势。以前所使用的化学以及物理土壤修复技术不仅花费较大,而且其应用范围也有一定的限制,同时还存在会对土壤造成二次破坏的问题。植物修复技术则避开了这些缺陷,不仅成本相对较低,而且可应用的面积也十分广阔,并且不会对环境造成任何破坏。除此之外,该技术还拥有美化环境的作用,对土壤的表层还具有保护作用,因此在重金属污染土壤修复中得到了越来越广阔的应用。
一、重金属污染土壤的严重性
重金属大多数都是具有毒性的,长期留存在土壤的表面,会导致对土壤造成巨大的损害。而且这些有毒的金属难以降解,受到损害的土壤也难以被修复,从表面上来看无法观察到土壤的变化,但是长期下去,土壤之中重金属的毒性就会蔓延到植物的根部,逐渐被植物吸收,最后进入到动物的体内或者被人类食用,它们体内的重金属毒性潜伏起来,含量慢慢累积增加,最后就会损害人们和动物的身体健康,严重时甚至会威胁到它们的生命安全。
而且土壤中重金属的来源广泛,且含量较多。主要来源有工业污水、生活污水、开采矿、农药、化肥以及废旧电池的处理等各个直接因素。还有一些汽车以及工厂排放出的废气,它们被直接排放到空气中,而废气中所含有的重金属则会随着大气沉降而进入土壤之中。除此之外,有些地区为了节省水资源选择使用污水灌溉田地,也导致了重金属的积聚。有资料显示,目前因为使用污水浇灌田地所导致的重金属污染高达千万亩田地。这些重金属进入了农作物内部,既造成了作物减产,又危害了人体健康,可以说隐患无穷。因此,我们必须合理利用植物修复技术,解决重金属污染土壤的问题。
二、植物修复技术的定义
植物修复技术设想第一次是由美国科学家在20世纪80年代提出,通过植物富集重金属的方式把土壤里的重金属污染减轻。植物修复是指在重金属污染的土壤中种植具有特定功能的植物,此种植物对污染土壤污染中某种污染物质有富集累积的能力,通过植物收割后续处理后将污染土壤中的污染物清除土壤,进而实现土壤污染治理与修复的方法。植物修复技术基本原理是通过植物及其根系周边共存的微生物体系吸收、降解、挥发或者转化环境中的污染物,从而达到降低或减轻环境污染的修复成效。
三、植物修复技术的原理
(一)植物的提取技术
植物提取技术指的是借助植物根系对重金属进行吸收,并经由植物体内种种生理生化过程,从而将重金属转移、贮存至植物茎叶,再通过对茎叶的收割,最终达到清除土壤中重金属的目的。植物提取技术利用的是相关对重金属具备良好富集能力的植物,此类植物表现出生长迅速、生物量大、抗病虫害能力强等特征,且其具有对不同重金属的富集能力,可将其称作超累积植物。到目前为止,相关研究人员发现的超累积植物已经在全球出现了四百多种,其中就包括叶下珠属匍匐叶下珠。
(二)植物的稳定技术
植物稳定技术即为利用植物根系中的成分,使得土壤中的重金属成分转化成对环境友好物质的一种方法。适用于植物稳定技术的植物应当是可忍耐高含量污染物的常绿植物,这种类型的植物的根部可以自行分解所吸收的重金属元素,在经过一些的内部反应以及沉淀等过程,使重金属失去原有的活性,从而变为惰性。在一定程度上而言,植物稳定技术与植物挥发技术存在一定类似之处,不同的是后者是将重金属迁出土壤外,而前者则是将重金属转化成相对无害的物质形态。例如,植物通过分泌磷酸盐与重金属进行反应转化为磷酸铅,从而实现分解重金属铅、保护植物健康生长的目的。
(三)植物的挥发技术
植物挥发技术指的是借助植物根系分泌的相关物质或者微生物,以促进植物对重金属的吸收,并转化成可挥发形态,挥发出植物表面,进而实现对重金属予以去除的一种方法。植物挥发技术要求被转化后的物质毒性不超过转化前的污染物质,以进一步降低对环境的危害,如果转化后的物质毒性超过了原来,则完全失去了土壤修复的效果。例如,汞、砷、硒经由甲基化可挥发,进一步实现对土壤的修复;在印度芥菜的修复下,硒会被转化成挥发性硒;湿地上的相关植物可对土壤中的硒予以清除,其中单质占比 75%,挥发态占比 20%~25%。
四、不同重金属污染土壤的植物修复技术探究
(一)针对镉污染的修复技术
对于被镉金属污染的土壤,大多数采用的都是与植物吸收有关的技术。已经有大量有关镉污染土壤植物修复技术的研究表明,十字花科芸薹属植物印度荠菜对镉金属有较强的富集累积特性。再与印度荠菜相互对比,苏德纯等人发现某种荠菜型油菜溪口花籽茎叶秆等地上部分的总生物量、茎叶秆能够吸收金属镉的含量以及能达到的对土壤的净化程度都远远地大于了印度荠菜。这证明了油菜溪口花籽可以被作为具有良好的修复被镉金属污染的土壤的能力。目前已经证实了有大概十几科植物有着较好的修复土壤的能力,例如禾本科以及十字花科。这些植物中部分能达到累积至少1000mg/kg的镉金属含量,如宝山堇菜、东南景天、叶芽阿拉伯芥和天蓝褐蓝菜等。
(二)针对砷污染的修复技术
砷虽然不是重金属,但是它同样具有毒性。因为它有着与金属相似的一些特征,所以在研究时一般把它归为金属一类。在2002年的时候陈同斌等人首次发现蜈蚣草作为砷的富集累积植物,并且根据实验得出了它能够修复土壤中的砷污染接近8%的效率的结论。同时有人对蓉草进行研究,测试修复砷污染土壤的潜力,在经过了几个月的种植实验后,证实了蓉草也是有效的治理土壤砷污染的植物。以往研究表明,目前已经发现几十种砷富集累积植物。对于砷的超富集植物筛选研究和其修复植物具体修复机理和机制不断深入。但多数研究还是在一定的相对理想条件下进行的,对于砷的植物修复技术仍需要进一步从实际污染土壤不断开展研究与实践,只有实践才能弥补理论上的不足,才能使修复技术完全地发挥出其应有的作用。
虽然植物修复技术具有较多的优点,但是要想其完全地发挥出作用还需要进一步的探究。大多数能发挥作用的植物都具有一定的针对性,对某一种重金属有着较强的富集作用,但是在其他的重金属环境中却难以生存。而且植物的完全生长都是需要时间的,生长的速度也较为缓慢,一年之中能够起作用的月份也不多。而且在植物吸收了重金属后,其本身就成为了污染源,如果不能够对其进行及时的治理,同样会对环境造成损害。
五、结语
重金属对土壤的污染程度已经影响到了人们的生活和生态的平衡,必须想办法对植物修复技术进行创新,弥补其不足,对植物的生长周期以及作用时间进行深入地探究,使植物修复技术发挥出全部的优势,成为解决重金属土壤污染的高效方法,不仅有利于环境的发展,还有利于经济的发展。让人们不再面临土壤污染的威胁,让生态环境变得更加友好和谐。
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