（环境工程专业论文）蓖麻对重金属污染土壤的修复及微生物的强化作用.pdf

上海大学硕上学位论j 史 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交 论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 日期；! 塑墨! 上海大学硕士学位论文 摘要 本文主要以蓖麻( r i c i n u sc o m m u n i sl ) 作为植物种，研究其对重金属c u 、 c d 、p b 、z n 的耐性以及吸收积累效应，并着重考察在z n 、c d 单一污染下，蓖麻 在2 0 天、4 0 天和6 0 天时的生物量以及对z n 、c d 积累量的变化，叶绿素a 含量 变化，根际土壤中脲酶活性的变化以及6 0 天时根际土壤中z n 、c d 重金属形态的 分布；并考察蓖麻在z n c d 复合污染的生长响应和对z n 、c d 的吸收积累；本研 究还探索性的将筛选出的对p b 有耐性的微生物接种到蓖麻根际，考察外源微生 物对蓖麻吸收积累p b 的强化作用。获得以下研究结果： ( 1 ) 蓖麻对重金属c u 、c d 、p b 、z n 具有不同的耐性，土壤c u 处理对蓖麻的 临界毒害浓度在6 0 0 m g k g 左右；c d 对蓖麻的临界毒害浓度约为1 6 0 m g k g ；z n 对蓖麻的临界毒害浓度约为1 2 0 0 m g k g ，严重毒害浓度在1 6 0 0 m g k g 左右；蓖麻 对p b 的耐性较好，在2 0 0 0 m g k g 下仍未见明显中毒症状。 ( 2 ) 在z n 和c d 单一污染的土壤中，随着生长时间的增长，蓖麻根、茎、叶积 累的z n 或c d 增加，生物量增加，但是其生长速率有所减缓。在同一生长时间 段内，叶绿素a 含量随着z n 或c d 处理浓度的增加而下降；在同一z n 或c d 处 理浓度下，叶绿素a 含量随着生长时间的增长而减少。z n 或c d 能够影响叶绿体 的结构，影响植物的光合作用，抑制蓖麻生长。 蓖麻根际土壤中的z 和c d 有不同的形态分布，z n 主要以不易被植物吸收 的f e m n 氧化态存在，然后依次是碳酸盐结合态、残渣态、有机结合态以及交 换态；而c d 主要以植物可吸收利用的交换态存在，然后依次是碳酸盐结合态、 f e m n 氧化态、有机结合态以及残渣态。 土壤z n 和c d 单一污染对脲酶活性都有一定的抑制作用，并且随着z n 或 c d 处理浓度的增加，脲酶活性的抑制率增加，c d 对脲酶的抑制作用强于z n 。 经过种植蓖麻后，根际土壤中的脲酶活性得到了不同程度的恢复，脲酶活性恢复 率随种植时间的增加而增加。 ( 3 ) 在z n c d 复合污染中，蓖麻吸收和积累锌( 镉) 随土壤锌( 镉) 处理浓度 的增加而增加。在同一锌处理浓度下，蓖麻地上部和根部的锌积累量随镉处理浓 上海大学硕士学位论文 度的增加而减少：地上部的锌积累浓度随镉处理浓度的增加而减少，根部对锌的 积累浓度在z n 4 0 0 m g k g 和z n 8 0 0 m g k g 时随镉处理浓度的增加而增加，在 z n l 2 0 0 m g k g 时随镉处理浓度的增加而减小。在同一镉处理浓度下，蓖麻地上部 对镉的积累量和积累浓度随土壤锌处理浓度的增加而减少，根部对镉的积累量在 c d 6 0 m g k g 和c d l 2 0 m g k g 时随土壤锌处理浓度的增加而增加，在c d l 8 0 m g k g 时随土壤锌处理浓度的增加而减小，而对镉的积累浓度随锌处理浓度的增加基本 上是增加的。z n 、c d 对蓖麻的生长、吸收积累的相互作用依赖于z n c d 的复合 水平和植物部位。 ( 4 ) 将3 种对重金属p b 有耐性的微生物枯草芽孢杆菌、铜绿假单胞菌和筛选出 的污泥分离菌l 号接种于蓖麻根际后：枯草芽孢杆菌的引入对蓖麻叶、茎、根吸 收积累p b 都有一定强化作用，其中根部p b 的积累量的提高显著；但对蓖麻生物 量的影响不明显。每株蓖麻带走p b 量比不接种增加，地上部和根系分别增加1 8 和1 0 。铜绿假单胞菌的引入对蓖麻茎吸收积累p b 有较明显的强化作用，但 是地上部带走p b 的增加量与根系带走p b 的减少量基本相抵，铜绿假单孢菌能促 使蓖麻将p b 从地下部转移到地上部。污泥分离菌1 号的引入对蓖麻地上部生物 量的增加有较明显的促进作用，虽然蓖麻根、茎、叶中的p b 积累浓度无显著提 高，但是蓖麻体内的p b 积累量是增加的。从积累p b 的总量来看，每株蓖麻地上 部带走p b 的量比不接种增加4 0 ，根部带走p b 量比不接种增加1 0 。 关键词t 蓖麻；土壤重金属污染；植物修复；外源微生物；强化作用 ：海大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h i ss t u d yr i e i n u sc o m m u n i sl ( c a s t o r - o i lp l a n t ) i ss e l e c t e da st h ee x p e r i m e n t p l a n t t h et o l e r a n c ea n da b s o r p t i o na n da c c u m u l a t i o nt oc u ，c d ，p ba n dz no f r i c i n u sc o m m u n i sl i ss t u d i e df i r s t l y t h e nt h ee m p h a s i so fs t u d yw a sp u to nt h e v a r i t yo f b i o m a s so f r i c i n u sc o m m u n i sl ，a c c u m u l a t i o no f z na n dc d ，c h l o r o p h y l l ai ni t sl e a v e sa n du r e a s ea c t i v i t yi nr h i z o s p h e r ea td i f f e r e n tp e r i o do f 2 0 d ，4 0 da n d 6 0 d ，a n dt h ev a r i o u sf r a c t i o n so fz nf o r m sa n dc df o r m si nr h i z o s p h e r es o i l a f t e r t h a tt h es t u d yo fg r o w t hr e s p o n s ea n dz n ，c da c c u m u l a t i o no fr i c i n u sc o m m u n i sl i nz r d c d c o m p l e x c o n t a m i n a t e ds o i lw a sa l s o c o n d u c t e d f i n a l l y ，t h e a g g r a n d i z e m e n to fm i c r o o r g a n i s mt op h y t o r e m e d i a t i o no fp bc o n t a m i n a t e ds o i lw a s c o n d u c t e dt h r o u g hi n o c u l a t i n gt h em i c r o o r g a n i s mr e s i s t a n tt op bi nr i c i n u sc o m m u n i s l r h i z o s p h e r e t h em a j o rr e s u l t sw e r es u m m a r i z e d a sf o l l o w s ： ( 1 ) r i c i n u sc o m m u n i sl h a sd i f f e r e n tt o l e r a n c ei nc u ，c d ，p b ，z nc o n t a m i n a t e d s o i l t h ec r i t i c a lp o i s o n o u sc o n c e n t r a t i o no fc ui ns o i lt or i c i n u sc o m m u n i sl i s a b o u t6 0 0m g k g ，w h i l et h a to fc di sa b o u t1 6 0 m g k g t h ec r i t i c a lp o i s o n o u s c o n c e n t r a t i o no fz ni sa b o u t1 2 0 0 m g k ga n dt h es e r i o u sp o i s o n o u sc o n c e n t r a t i o no f z ni sa b o u t1 6 0 0 m g k g t h et o l e r a n c et op bo f r i c i n u sc o m m u n i sl i sc o m p a r a t i v e l y g o o da n dt h e r ew e r e n to b v e f i o u sp o i s o n i n gs y m p t o m sa tt h ep bc o n c e n t r a t i o no f 2 0 0 0 m g k gi ns o i l ( 2 ) i nt h es i n g l ez na n ds i n g l ec dc o n t a m i n a t e ds o i l ，t h ea c c u m u l a t i o no f z n o rc d i nr o o t s ，s t e m s ，a n dl e a v e so fr i c i n u sc o m m u n i sl i n c r e a s e dw i 协t h ei n c r e a s i n g g r o w t ht i m e ， a n dt h eb i o m a s sw a sa l s oi n c r e a s e db u t t h eg r o w t hs p e e dd e c r e a s e d i ns i n g l ez na n d s i n g l ec dc o n t a m i n a t e ds o i l ，c h l o r o p h y l lai nl e a v e so f r i c i n u s c o m m u n i sl d e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n gh e a v ym e t a lc o n c e n _ 盱a t i o ni ns o i la tt h e s a m eg r o w t hp e r i o d ； c h l o r o p h y l lai nl e a v e so f r i c i n u sc o m m u n i sl a l s od e c r e a s e d w i mt h ei n c r e a s i n gg r o w t ht i m ea tt h es a m ez no rc dc o n c e n t r a t i o ni ns o i l t h u sz n o rc dw i t hh i g hc o n c e n t r a t i o nc o u l de f f e c tt h es t r u c t u r eo fc h l o r o p l a s to fr i e i n u s 6 上海大学硕士学位论文 c o m m u n i sl a n di t sp h o t o s y n t h e s i ss oa st or e s t r a i nt h eg r o w t ho f p l a n t s t h e r ea r ed i f f e r e n td i s t r i b u t i o no fz nf o r m sa n dc df o r m si nr h i z o s p h e r eo f r i c i n u sc o m m u n i sl i tw a sf o u n dt h a tz nw a sm a i n l yi nf e - m no x i d e sf o r mw h i c h w a sh a r d l ya b s o r b e db yp l a n t ，a n do t h e rf o r m sc o n t e n tw e r ei nf o l l o w i n go r d e r ： c a r b o n a t ez n r e s i d u a l sz n o r g a n i cb o u n dz n e x c h a n g e a b l ez n w h i l ec dw a s m a i n l yi ne x c h a n g e a b l ef o r mw h i c hw a se a s i l ya b s o r b e db yp l a n t s ，a n dt h eo t h e r f o r m sw e r ei nt h ef o l l o w i n go r d e r ：c a r b o n a t ec d f e m no x i d e sc d o r g a n i c b o u n dc d r e s i d u a l sc d t h es i n g l ez na n ds i n g l ec dc o n t a m i n a n tr e s t r a i n e dt h eu r e a s ea c t i v i t yi ns o i l w h e nz no rc dc o n c e n t r a t i o ni ns o i li n c r e a s e d ，t h eu r e a s ea c t i v i t yd e c r e a s e d ，a n d t h ee f f e c to fr e s t r a i n i n gu r e a s ea c t i v i t yb yc dw a sh i g h e rt h a nt h a tb yz n a f t e r p l a n t i n gr i c i n u sc o m m u n i sl ，t h eu r e a s ea c t i v i t yi nr h i z o s p h e r ew a sr e c o v e r e dt o s o m ee x t e n ta n dt h ee f f e c to fu r e a s ea c t i v i t yr e c o v e r i n gi n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n g p l a n tt i m e ( 3 ) i nz n c dc o m p l e xc o n t a m i n a t e ds o i l ，t h ea c c u m u l a t i o no fz n ( c d ) i n c r e a s e d 谢t l lt h ei n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no fz n ( c d ) i ns o i l a tt h es a m ez nc o n c e n t r a t i o ni n s o i l ，t h ez nc o n t e n to fa c c u m u l a t i o ni ns h o o t sa n dr o o t sd e c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s i n gc dc o n c e n t r a t i o ni ns o i l ；t h ez nc o n c e n t r a f i o no f a c c u m u l a t i o ni ns h o o t s d e c r e a s e dw i t l li n c r e a s i n gc dc o n c e n t r a f i o ni ns o i l ，w h i l et h ec o n c e n t r a t i o no f a c c u m u l a t i o no fz ni nr o o t si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n gc dc o n c e n t r a t i o ni ns o i la t t h ez ns u p p l yb e l o w8 0 0 m g k gi n s o i la n dt h e nd e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gc d c o n c e n t r a t i o na tz ns u p p l yb e t w e e n8 0 0 1 2 0 0 m g k gi ns o i l a tt h es a m ec d c o n c e n t r a t i o ni ns o i l ，t h ec dc o n t e n to fa c c u m u l a t i o ni ns h o o t sd e c r e a s e dw i t h i n c r e a s i n gz nc o n c e n t r a t i o ni ns o i l ，w h i l et h ec dc o n t e n to fa c c u m u l a t i o ni nr o o t s i n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gz nc o n c e n t r a t i o ni ns o i la tc ds u p p l yb e l o w1 2 0 m g k ga n d t h e nd e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gz nc o n c e n t r a t i o ni n s o i la tc ds u p p l yb e t w e e n i 2 0 - 1 8 0 m g k gi ns o i l b u tt h ec d c o n c e n t r a t i o no fa c c u m u l a t i o ni ns h o o t sa n dr o o t s i n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gz nc o n c e n t r a t i o ni ns o i la tt h es a m ec ds u p p l yl e v e l t h e e f f e c to fz na n dc do i l t h ep l a n tg r o w t h ， a b s o r p t i o na n da c c u m u l a t i o no fz no rc d d e p e n do nz n c dc o m p l e xl e v e la n d d i f f e r e n tp a r t so f r i c i n u sc o m m u n i sl 7 上海大学硕士学位论文 ( 4 ) a f t e ri n o c u l a t i n gt h r e em i c r o o r g a s i m - - b a c t e r i a ( n o 1 ) s e p e r a t e df r o mh e a v y m e t a lc o n t a m i n a t e ds o i l ， b a c i h u ss u b t i l i sa n dp s e u d o m o n a s a e r u g i n o s aw h i c ha r e t o l e r a n tt op bt ot h er h i z o s p h e r eo fr i c i n u sc o m m u n i sl ， i tw a sf o u n dt h a tt h e b i o m a s so fs h o o t so ft h er i c i n u sc o m m u n i sl w a si n e r e a s e dw h e ni n c u l m e dt h e b a c t e r i a ( n o 1 ) s e p a r a t e df r o mh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t e ds o i lt oi t sr h i z o p h e r ea n d t h i s l e dt op bu p t a k ei ns h o o t sa n dr o o t so fe a c hr i c i n u sc o m m u n i sl i n c r e a s i n gb y4 0 a n d1 0 r e s p e c t i v e l yc o m p a r e dt ot h a tw h i c hw a sn o ti n c u l a t e dt h es e p a r a t e db a c t e r i a i tw a sa l s of o u n dt h a tt h ei n t r o d u c t i o no fb a c i l l u ss u b t i t i st oi t sr h i z o p h e r er e s u l t e di n 血ei n c r e a s eo fp bu p t a k ea n da c c u m u l a t i o ni ns h o o t sa n dr o o t so fr i c i n u sc o m m u n i s l w h i c hw a so b v i o u s l yi nr o o t s ，a n dc o m p a r e dt ot h en o n i n c u l a t i o no fb a c i l l u s s u b t i l 担t h eu p t a k eo fp bi ns h o o t sa n dr o o t so fe a c hr i c i n u sc o m m u n i sl w e r e i n c r e a s e db y18 a n d10 r e s p e c t i v e l yw h e ni n o c u l a t e db a c i l l u ss u b t i l i s w h i l et h e i n o c u l a t i o no fp s e u d o m o n a sa e r u g i n o s at or i c i n u sc o m m u n i sl sr h i z o p h e r ec o u l d i n c r e a s et h ea c c u m u l a t i o no fp bi ni t ss t e m sb u tt h ei n c r e a s i n gp bi ns h o o t sa n d d e c r e a s i n gp bi nr o o t sl e v e l e do f f k e yw o r d s ：r i c i n u sc o m m u n i sl ；h e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o ni ns o i l ： p h y t o r e m e d i a t i o n ；m i c r o o r g a n i s m ；r e i n f o r c e re f f e c t 8 l 海大学硕士学位论文 第一章前言 1 1 土壤重金属污染现状及治理方法 1 1 1 土壤重金属污染的现状分析 土壤重金属污染是人类所面临的重大生态环境问题，引起了国内外的普遍关 注。由于重金属污染在土壤中滞留时间长，很难被植物、微生物降解，而且容易 在农作物的可食用部位积累后通过食物链传递给人和动物，对人体健康造成极大 危害，更为严重的是这种污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点。环境中的 痕量重金属如铅、镉、铬和铜通过食物链最终在生物体内积累，破坏正常的生理 代谢活动甚至产生“三致”作用( 致癌、致畸、致突变) ( 张慧2 0 0 4 ) ，极大地 危害了人体健康，如世界闻名的汞中毒引起的水俣病，镉中毒引起的骨痛病以及 砷中毒引起的“黑脚病”就是典型的例证。因此，有效治理土壤重金属污染是当 前一个十分迫切的任务。 表1 - i 重金属污染的主要来源( 周建嗣，2 0 0 2 ) ! ! ! ! ! ! ：! 坚型! 型g 垫! ! ! ! ! 翌里塑! p 型塑唑 来源污染物 矿产开采、冶炼、加工排放的废气、废水、废渣 煤和石油燃烧过程中排放的浮尘 电镀工业废水 塑料、电池、电子工业排放的废水 汞工业排放的废水 染料、化工制革工业排放的废水 汽车尾气 农药 铬、汞、砷、铅、镍、铝等 铬、汞、砷、铅 铬、铅、铺、镍、铜 汞、铅、镉 汞 铬、镉 铅 镉、砷 我国传统的利用城市污水灌溉农田耕地，特别是五十年代大规模兴起的污水 灌溉，使我国污灌面积不断扩大，北方有些地区的污灌面积达到总农田面积的 9 0 以上。由于这些用于灌溉的污水中含有大量超标的重金属元素，致使农田土 壤受到严重的重金属污染。每年因土壤污染而减少的粮食产量高达1 0 0 0 万吨， 直接经济损失达1 0 0 多亿元( ：蔷朝| ；l i t ，2 0 0 1 ) 。 上海大学硕士学位论文 第一章前言 1 i 土壤重金属污染现状及治理方法 l _ 1 1 土壤重金属污染的现状分析 土壤重金属污染是人类所面临的重大生态环境问题，引起了国内外的普遍关 注。由于重金属污染在土壤中滞留时间长，很难被植物、微生物降解，而且容易 在农作物的可食用部位积累后通过食物链传递给人和动物对人体健康造成极大 危害，更为严重的是这种污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点。环境中的 痕量重金属如铅、镉、铬和铜通过食物链最终在生物体内积累，破坏正常的生理 代谢活动甚至产生“三致”作用( 致癌、致畸、致突变) ( 张慧，2 0 0 4 ) ，极大地 危害了人体健康，如世界闻名的汞中毒引起的水俣病，镉中毒引起的骨痛病以及 砷中毒引起的“黑脚病”就是典型的例证。因此，有效治理土壤重金属污染是当 前一个十分迫切的任务。 “ 表1 1 重金属污染的主要来源( 蹦建利，2 0 0 2 ) t a b l e1 - 1m a i no r i g i no f h e a v ym e t a lp o l l u t a n t s 来源污染物 矿产开采、情炼、加工排放的废气、废水、废渣 煤和石油燃烧过程中排放的浮尘 电镀工业废水 塑料、电池、电子工业排放的废水 汞工业排放的废水 染料、化工制革工业排放的废水 汽车尾气 农药 铬、汞、砷、铅、镍、钼等 铬、汞、砷、铅 铬、铅、镉、镍、铜 汞、铅、镉 汞 铬、镉 铅 镉、砷 我国传统的利用城市污水灌溉农田耕地，特别是五十年代大规模兴起的污水 灌溉，使我国污灌面积不断扩大，北方有些地区的污灌面积达到总农田面积的 9 0 以上。由于这些用于灌溉的污水中含有大量超标的重金属元素，致使农田土 壤受到严重的重金属污染。每年因土壤污染而减少的粮食产量高达1 0 0 0 万吨， 直接经济损失达1 0 0 多亿元( 韦朝l ；1 t ，2 0 0 1 ) 。 直接经济损失达1 0 0 多亿元( 韦朝l ；1 t ，2 0 0 1 ) 。 上海大学硕士学位论文 导致土壤污染的重金属主要包括a s 、c d 、c o 、c r 、c u 、h g 、m n 、n i 、p b 、 z n 等。土壤重金属污染的来源有自然的和人为的因素，主要来源于人类在生产 生活中排放的废弃物，如：工业污染源。主要是基础工业特别是采矿和冶炼业 是向环境中释放重金属的主要污染源。生活污染源。生活垃圾中含有的重金属 能渗到土壤中；生活废水中的有机物可以吸收重金属，用这些水灌溉也可污染土 壤。交通污染源。机车的燃料中所含的重金属如对土壤的污染。农业污染源。 主要是农药、化肥等农资和不恰当的灌溉会造成土壤污染。我国污灌区土壤中， 约有6 0 左右面积的土壤经多年灌溉造成不同程度地重金属污染( 孙铁叠f ， 2 0 0 ”。 1 1 2 土壤中重金属的存在形态及迁移转化 土壤中重金属的形态非常复杂但也具有一定的空间和时间规律，根据 t e s s i e r ( 1 9 7 9 ) s h u m a n ( 1 9 8 5 ) 理论基础上发展起来的重金属形态分级体系，通 常把重金属形态区分成水溶态、有机质结合态、碳酸盐结合态、铁一锰氧化物结 合态以及包含于矿物晶格中的残渣态。根据植物根对土壤中重金属吸收的难易程 度，可将土壤中重金属大致分为可吸收态、交换态和难吸收态三种状态，其中土 壤溶液中的重金属如游离离子及螯合离子易为植物根所吸收，残渣态等难为植物 所吸收，而介于两者之间的便是交换态，交换态主要包括被粘土和腐殖质吸附的 重金属。不同形态的重金属，其生理活性和毒性有很大差异，其中交换态的活性 毒性最大，残渣态的活性毒性最小，而其它结合态活性毒性居中。 不论重金属在进入土壤之前是何种形态，进入土壤后都会与土壤中有机态 和无机态等组分持续发生作用，如溶解一沉淀、吸附一解吸、络合一离解、氧化 一还原作用等，从而产生空间位置的迁移及存在形态的转化。重金属在土壤一植 物系统中的迁移转化机制非常复杂，影响因素很多，主要有土壤的物理化学性质 ( p h 、e h 、有机质、微生物等) ，重金属种类、浓度、存在形态，农作物种类、 生育期，复合污染，施肥等。重金属胁迫下的根际环境会影响重金属的存在形态 和生物有效性，从而影响其在土壤一植物系统中重金属的转化。可溶态和交换态 是土壤中存在的生物有效性最强的重金属形态，它们存在一个向铁锰氧化态和碳 酸盐结合态等形态转化的过程，同时，土壤中植物的根系分泌物不断溶解铁锰氧 化态和碳酸盐结合态的重金属，使重金属的迁移转化和有效性增强。这是相互可 逆的两个过程，重金属迁移转化的最终方向取决于这两个过程的强弱对比，而它 上海大学硕士学位论文 们又可能与其它因素有关。总之，土壤重金属的迁移转化过程始终处于动态平衡 中。 1 1 3 土壤重金属污染的治理方法 土壤重金属污染的治理方法较多，有物理化学方法和生物方法。 物理方法主要包括：( 1 ) 去土、翻土、换土、客土l _ r 禅沁，1 9 8 5 ；j 三宏康， 1 9 9 9 ；举健1 9 8 9 ；h a n s o na t e ta 1 ，1 9 9 2 ) ；( 2 ) 土壤热处理( ：r o s em m m e lv e ta 1 ，1 9 9 5 ) ；( 3 ) 土壤淋洗( w a l ! i g x i a o j h a ge ta 1 ，1 9 9 5 ；李永涛，1 9 9 7 ) ：( 4 ) 土壤固化( p a k e rs u s a n 1 9 9 3 ) ；( 5 ) 电解法( 爱翟垮，1 9 9 7 ；w a n g x i a n ge t a l ，1 9 9 5 ；r e i n o u tl a g e m a l l ，1 9 9 3 ) ；( 6 ) 土壤玻璃化( b u e l tj m n ei 。j 9 9 2 ； m a n a h s c m f l e ye ，1 9 9 1 ；s a l td ee ta l ，1 9 9 5 ) 。这些物理、化学方法在小范 围内治理土壤重金属污染被证明是行之有效的( m u l l i g a n ， c n e ta l ，2 0 0 1 ) ， 但是这些方法需要专门的仪器设备以及大量的人力物力，同时可能会引起土壤的 结构的破坏和地下水质的污染。 生物方法主要包括：( 1 ) 利用微生物修复f 际志良，2 0 0 2 ；王保军，1 9 9 8 ) ； ( 2 ) 利用某些低等动物修复接旌( t 圈，2 0 0 0 ) ；( 3 ) 植物修复( a n d e t t s o i l t a ，e ta l ，1 9 9 3 ) 。植物修复( p h y t o r e m e d i a t i o n ) 是指将某种特定的植物种在重 金属污染的土壤上，而该种植物对土壤中的污染元素有特殊的吸收和吸附能力， 将植物收获并进行妥善处理( 如灰化回收) 后即可将该种重金属移出土体，达到 污染治理与生态修复的目的。这种植物称为某种特定重金属的超富集植物 ( h y p e m c c u m u l a t o r s ) ，其地上部能够积累的重金属一般是普通植物的1 0 5 0 0 倍 以上。植物修复技术是目前研究正热的治理土壤重金属污染的“绿色环保”技术， 以下作详细介绍。 1 2 重金属污染土壤的植物修复 1 2 1 植物修复的历史及发展 15 8 3 年意大利植物学家c e s a l p i n o 首次发现在意大利托斯卡纳“黑色的岩石” 上生长的特殊植物，这是有关超富集植物( h y p e r a c c u m u l a t o r ) 的最早报道。1 8 1 4 年，d e s v a u x 将其命名为a l y s s u mb e r t o l o n i i ( 庭芥属) ， 18 4 8 年m i n g u z z i 和 v e r g n a n o 首次测定该植物的叶片中富含n i 达7 9 0 0 m g k g ( b r o o k s r r ，1 9 8 9 j 。 1 8 8 5 年，b a u m a r m 发现了遏蓝菜属( t h l a s p ic a l a i n a r e ) 和紫罗兰( v i o l a 上海大学硕士学位论文 c a l a m i n a r i a ) 植物叶片干物质中的锌含量分别达到1 7 和1 ( i n g r o u i i l em j ， 19 8 6 ) 。 1 9 7 7 年b r o o k s 提出了超富集植物( h y p e r a c c u m u l a t o r ) 的概念f t 3 r o o k srr e ta t ，1 9 7 7 ) 。当时这一概念用来定义地上部n i 含量大于1 0 0 0 m g k g ( - 干重) 的植 物。随着其它重金属的超积累植物的不断发现，人们对这一概念做了修改和补充。 1 9 8 9 年，b r a k e 和b r o o k s 重新定义了超积累植物的概念，超积累植物体内重金 属元素含量要求分别为o c u n n i n g h a msj ) ，e ta l ，1 9 9 6 ) ：c d l o o m g k g ( 干重) ； c u 、c o 、p b 、n i 1 0 0 0 m g k g ( 干重) ；z n 、m n 1 0 0 0 0 m g k g ( 干重) 。一般认为 超富集植物应同时满足以下3 个标准( c h a n n yr l ，e ta 1 1 9 9 7 ：r e e v e srd ， o t a l ，2 0 0 0 ) ：( 1 ) 地上部富集的某种元素含量达到生长在同一介质非超富集植 物地上部含量的1 0 0 倍以上；( 2 ) 地上部重金属含量大于根部含量；( 3 ) 植物的生 长没有受到明显的伤害。理想的超富集植物还应具有生长期短、抗病虫能力强、 地上部生物量大、能同时富集2 种或2 种阻上重金属的特点。 1 9 8 3 年，c h a n e r y 提出了利用超富集植物清除土壤中重金属污染的思想 ( c h a n e yrl ，1 9 8 3 ) ，即植物修复。英国s h e f f i e d 大学b a k e r 博士是介绍植物修 复概念的首批科学家之一，提出超富集植物具有清洁金属污染土壤和实现金属生 物回收的实际可能性，这种植物具有与一般植物不同的生理特性 b a k e r a j m ， 暾a l ，1 9 8 3 ) 。植物修复概念早期验证是在英国小规模田间实验中进行的，多种 超富集植物种植在曾多年施用富含重金属的工业污泥实验地上。示范性实验表明 十字花科遏蓝菜属植物遏蓝菜( t h l a s p ic a r u l e s c e n s ) 具有很大的吸收z n 、c d 的 潜力( m c g r a t hsp ，e 1a 1 ，1 9 9 3 ) 。这种植物是一种可在富含z n 、p b 、c d 和 n i 的土壤上生长的野生草本植物。近年来，各国科学家们对利用这种植物修复 z n 、p b 、c d 和n i 污染的土壤表现出浓厚的兴趣。欧洲、美国、澳大利亚和东南 亚一些国家都启动了包括这种植物在内的超富集植物积累重金属生理生化机理、 重金属吸收效率和农艺管理等方面的研究项目。遏蓝菜( t h l a s p ic a r u l e s c e n s ) 已 经成为当前国际上开展重大相关研究项目时经常被选择的研究材料。 到目前为止，已发现的超积累植物共5 0 0 多种，其中大部分是n i 的超积累 植物，少数是z n 的超积累植物、c u 超积累植物和其它重金属的超积累植物，表 1 2 列出了已经发现的一些典型的超累积植物物种以及植物体中最大重金属含 上海大学硕士学位论文 量。 目前发现的大多数超积累植物集中在北美洲、欧洲和澳洲强翱：毕，2 0 2j 一些野生的或种植的植物能积累大量的有害金属( b l a y l o c i , ：， j m ，e ta l ，2 0 0 0 ： r e e v e s ， r 1 ) e la 1 ，2 0 0 0 ) 例如：t h l a s p i 和生态型s i l e n ev u l g a r i s 是镉的超积 累植物 e r n s t ，w h oe ta 1 ，2 0 0 0 ；b r o w n 。s l e ta 1 ，1 9 9 4 ) ；l a r r e a t r i d e n t a t a ， 是一种生长在沙漠中的灌木，它是铜的超积累植物t g a m e a - r o r r e s d e y ，1 l e ta 1 ， 1 9 9 6 ) ；野生植物；f 中s u t e r a 是铬的超积累植物( h o s s n e r 。 l ，r ，e ta 1 ，1 9 9 8 ) ， 以及其它对铬、镉和铜有积累作用的栽培的植物种( p e r a l t a v i d e a j r e ta 1 2 0 0 2 a ：p e r a l t a v i d e a j r ，c ta 1 ，2 0 0 2 b ；r a i ，u n e 1a 1 ，2 0 0 2 ) 中国植物资源丰富，近年来，我国学者在重金属超富集植物的探索方面做了 大量工作。唐世荣对铜矿区植物海州香薷( e l s h o l t z i as p l e n d e n a ) 做了调查研究； 李华等 李f 挣，2 0 0 2 ) 研究了c u 对耐性植物海洲香薷的生长、c u 积累、叶绿素 含量和根系活力的影响，研究结果表明：海州香萋对c u 表现出很强的适应能力 或耐性，海州香薷是一种有潜力的可用于c u 污染土壤修复的耐性植物。杨肖娥， 龙新宪等( 扬肖娥，2 0 0 1 ；龙新宪，2 0 0 2 ) 通过野外调查，发现生长在中国东南 部一些古老铅锌矿土壤上的东南景天( s e d u ma t f r e d i i ) 具有很强的忍耐和积累锌 的能力。这是首次在中国发现的一种新的z n 超富集植物，这是一种多年生草本 植物，以营养繁殖为主，生长速率快，生物量大。营养液培养试验表明，东南景 天的地上部分含量最高值可达1 9 6 7 4 m g k g 。东南景天( s e d u ma l f r e d i i ) 可能具有 很强的修复锌重金属污染土壤的潜力。1 9 9 9 年陈同斌等通过湖南省野外调查和栽 培实验，首次发现了缸的超富集植物蜈蚣草( p t e r i sv i t t a t a ) ，其叶片含a s 高达 5 0 0 0 m g k g ，其砷的分布规律与普通植物也明显不同，羽片 叶柄 根系；室内栽 培研究发现，蜈蚣草羽片中最大含a s 量可达5 0 7 0 m g k gl 韦剃阳。2 0 0 1 ；陈嘲赋 2 0 0 2 ) 。这些研究表明蜈蚣草具有特殊的