污染环境的植物修复原理知识讲解课件

目录5.1概述5.2植物对污染物的修复作用5.3影响植物修复的环境因子5.4有机污染物的植物修复5.5重金属的植物修复5.6放射性核素及富营养化物的植物修复1目录15.1概述植物修复的概念和类型植物修复技术：是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染物的理论为基础，利用植物及其根际圈微生物体系的吸收、挥发、降解和转化作用来消除环境中污染物的一门环境污染治理技术。具体地说植物修复就是利用植物本身特有的利用、分解和转化污染物的作用，利用植物根系特殊的生态条件加速根际圈的微生态环境中微生物的生长繁殖，以及利用某些植物的特殊积累与固定能力，提高对环境中某些无机和有机污染物的脱毒和分解能力。25.1概述植物修复的概念和类型2广义的植物修复包括利用植物修复重金属污染的土壤、利用植物净化空气和水体、利用植物清除放射性核素和利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中的有机污染物。目前植物修复主要指利用植物及其根际圈微生物体系清洁污染土壤，其中利用重金属超积累植物的提取作用去除污染土壤中的重金属又是植物修复的核心技术。因此，狭义的植物修复技术主要指利用植物清除污染土壤中的重金属。3广义的植物修复包括利用植物修复重金属污染的土壤、利用植物净化植物修复应用范围：

a.利用植物修复重金属污染的土壤

b.利用植物净化空气和水体

c.利用植物清除放射性核素

d.利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中的有机污染物4植物修复应用范围：4图5-1植物修复与生物修复的关系及主要修复方式5

生物修复微生物修复植物修复微生物降解微生物转化植物去除植物固定/稳定化植物净化空气植物提取植物降解根际圈微生物降解植物挥发生态修复图5-1植物修复与生物修复的关系及主要修复方式5生物植物修复的类型植物净化空气植物提取修复植物挥发修复植物降解修复根际圈生物降解修复植物固定/稳定化修复6植物修复的类型6（1）植物净化空气7净化空气吸收有害气体吸滞放射性物质滞尘除菌和杀菌减弱噪声吸收CO2（1）植物净化空气7净化空气吸收有害气体吸滞放射性物质滞尘除植物修复在空气污染中的应用

氮氧化物NxOy是污染空气的一类主要化合物，NO2同O3在光照的条件下容易形成光化学烟雾，N2O是一种能引起温室效应的气体，它可以辐射传热,破坏同温层的O3。某些植物将氮氧化物转化为氨基酸或以其为氮源加以利用,利用这些植物去除空气中的氮氧化物无疑是环保节能的好方法。8植物修复在空气污染中的应用89龙舌兰：在10平方米左右的房间内，可消灭70％的苯、50％的甲醛和24％的三氯乙烯芦荟：在24小时照明的条件下，可以消灭1立方米空气中所含的90％的甲醛。9龙舌兰：在10平方米左右的房间内，可消灭70％的苯、50％将超量积累植物与生物量高的亲缘植物杂交①细胞膜的结构与功能受到破坏；U＝(TSCF)(T)(C)用富集系数来表征植物对某种元素或化合物的积累能力，天蓝遏蓝菜（Thlaspicaerulescens）4有机污染物的植物修复3%，国内已有修复基地。5，亲水，不易与根部吸附，不易进入植物体①细胞膜的结构与功能受到破坏；5t/m3*104m2*(30.挥发M0＝600*1.7污染土壤植物修复时间的估算已知超富集植物地上部分的金属含量（mg/kg）只有寻找到某种重金属相对应的超富集植物，才能实施植物修复。（2）植物促进(Phytoaccumulation)10也称之为植物提取,植物根系将土壤中重金属或有机污染物从污染的土壤中转移到植物的地上部分。一般指那些能累积超过叶子干重1.0%的Mn，或者0.1%的Co、Cu、Pb、Ni、Zn，或者0.01%的Cd的植物。目前世界上有500多种这样的植物。将超量积累植物与生物量高的亲缘植物杂交（2）植物促进(Phy111583年，Cesalpino首次发现“黑色的岩石”上生长的特殊植物，1814年，Desvaux将其命名为Alyssumbertolonii(庭荠属)，1848年，Minguzzi和Vergnano测定该植物叶片含镍高达7900mg/kg。1977年，Brooks将这类植物命名为“超富集植物”(hyperaccumulator)。1983年，Chaney提出利用植物提取土壤中的污染物，通过收割植物带走土壤中污染物的设想。111583年，Cesalpino首次发现“黑色的岩石”上生（3）植物挥发(Phytovolatilization)12某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组织空隙中挥发。如桉树降解三氯乙烯(TCE)、甲基叔丁基醚(MTBE)，印度芥菜降解硒化合物；烟草挥发甲基汞。从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的活性羟基分解。如有毒的Hg2+经植物挥发后变成了低毒的Hg，高毒的硒变成了低毒的硒化物气体等。（3）植物挥发(Phytovolatilization)12（4）植物降解（Phytodegradation）利用某些植物特有的转化和降解作用去除水体和土壤中有机污染物质的一种方式。修复途径主要有两个方面：13如：硝基还原酶和树胶氧化酶可以将弹药废物如TNT分解B

根分泌的物质直接降解根际圈内有机污染物如：漆酶对TNT（三硝基甲苯）的降解，脱卤酶对含氯溶剂如TCE（三氯乙烯）的降解等A

污染物植物体木质化作用植物组织矿化为CO2和H2O无毒或毒性小（4）植物降解（Phytodegradation）利用某些植（5）根际圈生物降解(Rhizodegradation)根系降解：

植物中超过20%的营养成分如糖分、氨基酸、有机酸等都聚集在根部,因此会生长很多微生物,尤其在根表面向外1~3mm的地方,这些微生物是没有种植过植物的土壤的3~4倍。一些微生物可以同植物相结合促进重金属的转化,也可以矿化某些有机污染物如PAHs、PCBs。14植物微生物体系水分养料根分泌物质降解有机物的原料（共代谢的原料）（5）根际圈生物降解(Rhizodegradation)根系（6）植物固定(Phytostabilization）15利用植物将有毒有害污染物如重金属聚集在根系地带,降低其活动性,阻止其向深层土壤或地下水中扩散,但并不为植物利用,即根系对污染物起固定作用。（6）植物固定(Phytostabilization）15利植物修复的优势及存在的问题优势：16植物修复开发和应用潜力巨大。植物修复符合可持续发展战略的理念。（太阳能为能源、蒸腾作用、无二次污染、肥力增加，

回收金属等）植物修复过程易于社会接受。植物修复的优势及存在的问题优势：16植物修复开发和应用潜力巨局限性：需要光、T、水分等适宜的环境条件，及病、虫草害的影响；对于污染程度过重、或污染物分布为植物根系所达不到，甚至不适于植物生长的污染土壤或水体的修复并不适用；对于复合污染土壤或水体，采用一种修复植物或几种修复植物相结合的修复方式往往也难以达到修复要求；修复周期较长，难以满足快速修复污染环境的需求。17局限性：17超富集植物区别于普通植物的表现特征：氧化，还原，水解，脱烃，脱卤，羟基化，异构化作用－降解（植物降解很强）通过引入金属硫蛋白（metallothioneins）基因或引入编码MerA（汞离子还原酶）的半合成基因，增加了植物对金属的耐受性。当植物吸收和排泄的过程呈动态平衡时，植物虽然仍以某种微弱的速度在吸收污染物质，但在体内的积累量已不再增加，而是达到了一个极限值，叫临界含量，此时的富集系数称为平衡富集系数。芦荟：在24小时照明的条件下，可以消灭1立方米空气中所含的90％的甲醛。超富集植物是能超量吸收重金属并将其运移到地上部的特殊植物。主要靠－根系分泌物对有机物的污染产生的配合和降解等作用；典型有机污染物的植物修复k为植物一级吸收速率常数(a-1)；5t/m3*104m2*(30.根据植物根对污染物质吸收的难易程度，可将土壤中污染物分为：从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的活性羟基分解。2*106（L/hm2a）假定植物萃取呈一级反应：M=250kg/hm218修复原理：主要是通过植物自身的光合、呼吸、蒸腾和分泌等代谢活动与环境中的污染物质和微生态环境发生交互反应，从而通过吸收、分解、挥发、固定等过程使污染物达到净化和脱毒的修复效果。

5.2植物对污染物的修复作用超富集植物区别于普通植物的表现特征：18修复原理：主要是通过植物吸收、排泄与积累（1）植物吸收植物为了维持正常的生命活动，必须不断地从周围环境中吸收水分和营养物质。植物具有广泛吸收性，除对少数几种元素表现出选择性吸收外，对不同的元素来说只是吸收能力大小不同而已。植物吸收的3种方式：被动吸收、避、超积累19植物吸收、排泄与积累（1）植物吸收19（2）植物排泄向外排泄体内多余的物质和代谢物质（排泄物或挥发的形式）

植物排泄途径： ①经过根吸收后，再经叶片或茎等地上器官排出去(如汞、硒等）。 ②叶片吸收后，根排泄。 ③去旧生新20（2）植物排泄20（3）植物积累进入植物体内的污染物质虽可经生物转化过程成为代谢产物经排泄途径排出体外，但大部分污染物质与蛋白质或多肽等物质具有较高的亲和性而长期存留在植物的组织或器官中，在一定的时期内不断积累增多而形成富集现象，还可在某些植物体内形成超富集。21（3）植物积累21用富集系数来表征植物对某种元素或化合物的积累能力，

富集系数（BCF）=植物体内某种元素含量/土壤中该种元素含量用位移系数来表征某种重金属元素或化合物从植物根部到植物地上部的转移能力，即位移系数（TF）=植物地上部某种元素含量/植物根部该种元素含量

富集系数越大，表示植物积累该种元素的能力越强。位移系数越大，说明植物由根部向地上部运输该元素能力越强，利于植物提取修复。当植物吸收和排泄的过程呈动态平衡时，植物虽然仍以某种微弱的速度在吸收污染物质，但在体内的积累量已不再增加，而是达到了一个极限值，叫临界含量，此时的富集系数称为平衡富集系数。22用富集系数来表征植物对某种元素或化合物的积累能力，22（4）植物吸收、排泄和积累间的关系

动态平衡(图5-3)

23根据植物根对污染物质吸收的难易程度，可将土壤中污染物分为：可吸收态：土壤溶液中的污染物如游离离子及螯合离子难吸收态：残渣态等难为植物吸收的交换态：介于两者之间，包括被黏土和腐殖质吸附的污染物可吸收态交换态难吸收态（4）植物吸收、排泄和积累间的关系23根据植物根对污染物质吸24245.3影响植物修复的环境因子共存物质温度氧化还原电位污染物间的复合效应生物因子植物营养物质酸碱度植物激素5.3影响植物修复的环境因子共存物质温度氧化还原电位污染25影响土壤重金属活性的主要因素，影响溶解和沉淀平衡，pH高重金属易沉淀，不易生物吸收。以Cd、Zn为例，随pH升高，Cd、Zn趋于稳定;在低pH时，沉积物中生物可吸收态的水溶液和可交换态Cd、Zn的浓度有明显增加。可能不是单一的递增或递减。26（1）pH值影响土壤重金属活性的主要因素，影响溶解和沉淀平衡，pH高重金（2）氧化还原电位Eh

重金属在不同的氧化还原状态下，有不同的形态且可互相转化。Cd：在还原条件下，有机结合态Cd最稳定，但在氧化条件下，有机结合态镉则被转化为生物可利用的水溶态、可交换态或溶解络合态而释放到水体中，并随Eh增大，其释放量增多。淹水抽穗27（2）氧化还原电位Eh27②叶片吸收后，根排泄。③农艺性状，病虫害，育种－了解少。对于污染程度过重、或污染物分布为植物根系所达不到，甚至不适于植物生长的污染土壤或水体的修复并不适用；地上部重金属含量高于土壤重金属含量(即富集系数BF>1、地上部重金属含量高于根部重金属含量(即转运系数TF>1)对于超富集植物的界定，植物地上部重金属含量是常用的指标。7污染土壤植物修复时间的估算②叶片吸收后，根排泄。重金属在土壤普通植物中的平均浓度假定植物萃取呈一级反应：t=-(lnM/M0)/k污染物吸收速率与修复时间可用下式进行估算：植物为了维持正常的生命活动，必须不断地从周围环境中吸收水分和营养物质。植物吸收后－木质化作用新的组织中k＝U/M0=120/2743=0.从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的活性羟基分解。(3)共存物质可改变重金属的存在状态：络合-螯合剂：与可溶态金属结合，防止金属沉淀或吸附在土壤上，增加重金属的移动性和植物利用性。同时，被吸附态和结合态的金属离子溶解如，土壤中植物吸收Pb的能力很低→→土壤中加入络合剂（EDTA）→→增加植物根对Pb的吸收能力富里酸对结合态汞有较强的吸附能力，易于促进矿物汞由固定结合态向有机溶解态转化，而被植物吸收。28②叶片吸收后，根排泄。(3)共存物质28（4）植物营养物质营养物质是影响植物吸收重金属的要素，有些已成为调控重金属植物毒性的途径与措施。实验表明N、P、K等植物营养物质对超积累植物吸收重金属有较大的影响。例如，在对小麦施用氮肥的过程中发现，硝酸铵不仅能够增加小麦对土壤中Cd的吸收，促进植物生长，而且NH4＋进入土壤后发生硝化作用，短期内可使土壤pH值明显下降，增加了Cd的生物有效性，更重要的是NH4Cd形成络合物而降低土壤对Cd的吸附。29（4）植物营养物质29（5）污染物间的复合作用多种污染物－复合污染，拮抗和促进（6）植物激素植物体内合成的，对植物生长发育产生明显调节作用的微量生理活性物质。（植物激素类除草剂）（7）生物因子菌根真菌－增加生长，降低土壤中的重金属含量等。

30（5）污染物间的复合作用30（8）温度温度首先会影响水生植物的生长，温度还会影响水体重金属离子的活性，以及水体悬浮泥沙、底泥对重金属的吸附，进而影响植物的吸收。（9）重金属的种类及其形态差异

植物对有些元素容易吸收而对另一些元素很难吸收，通过植物对Cr,Hg,As,Cd的吸收比较发现植物最容易吸收Cd和As，而对Cr的吸附量就很少。同一元素的不同价态吸收系数差别很大，如水稻对Cr3＋的吸收系数平均值为0.032，而对Cr6＋则为0.056，可见Cr6＋的吸收系数大于Cr3＋。31（8）温度315.4有机污染物的植物修复32直接吸收和降解酶的作用根际的生物降解植物对有机污染物的修复作用（3种机制）5.4有机污染物的植物修复32直接吸收和降解酶的作用根际（1）直接吸收和降解植物根－中度憎水性有机物吸收好:0.5≤lgKow≤3.0Kow是有机化合物在辛醇和水两相平衡浓度之比。辛醇对有机物的分配与有机物在土壤有机质的分配极为相似，＞3.0憎水，根部吸附紧密，不易进入植物体内；＜0.5，亲水，不易与根部吸附，不易进入植物体苯系物，氯代溶剂，短链脂肪族化合物植物吸收后－木质化作用新的组织中矿化－二氧化碳和水挥发33（1）直接吸收和降解植物根－中度憎水性有机物吸收好:0.5≤（2）酶的作用植物对有机污染物的吸收强度－比无机物低主要靠－根系分泌物对有机物的污染产生的配合和降解等作用；根系释放到土壤中的酶的直接降解作用。死的植物根－酶－分解作用－脱卤酶等34（3）根际的生物降解植物以多种方式帮助微生物的转化包括：植物根的微生物区系＋内生微生物（2）酶的作用植物对有机污染物的吸收强度－比无机物低34（335根分泌酶和有机酸微生物土壤界面促进根区微生物的生长和繁殖，以利于降解有毒化学物质。根系分泌物：糖类，醇类，酸类，细根的腐解－有机碳35根分泌酶和有机酸微生物土壤界面促进根区微生物的生长和繁殖36

植物-微生物共生体(具有固氮菌的豆科植物)中,根分泌物养育了微生物，微生物的活动也会促进根系分泌物的释放。植物可转移氧气使根区的好氧转化作用正常进行，降解不能被固氮菌单独转化的有机污染物。36植物-微生物共生体(具有固氮菌的豆科植物)中,根分典型有机污染物的植物修复污染物－酶促反应－低毒，无毒物氧化，还原，水解，脱烃，脱卤，羟基化，异构化作用－降解（植物降解很强）（1）植物对农药的分解转化作用耐药性植物－分解杀虫剂，除草剂，杀菌剂等高等植物体内－降解农药的基本生化反应为：氧化、还原、水解、异构化、轭合反应等。37典型有机污染物的植物修复污染物－酶促反应－低毒，无毒物37（2）植物对其他有机污染物的分解转化作用分解转化石油、洗涤剂、塑料、造纸、印染工业产生的废物。383839水葫芦水葫芦（学名凤眼莲）可以去除水体中的有机磷农药、染料、酚、多环芳烃、甲基对硫磷等有机污染物；能从污水中除去镉、铅、汞、铊、银、钴、锶等重金属元素。龙葵能有效地降解PCBs（多氯联苯），对Cd富集。龙葵39水葫芦水葫芦（学名凤眼莲）可以去除水体中的有机磷农药、染菌根真菌－增加生长，降低土壤中的重金属含量等。富里酸对结合态汞有较强的吸附能力，易于促进矿物汞由固定结合态向有机溶解态转化，而被植物吸收。已知超富集植物地上部分的金属含量（mg/kg）主要靠－根系分泌物对有机物的污染产生的配合和降解等作用；超积累种鸭趾草中铜的浓度超过1000μg/g干重时，并未观察到明显的中毒症状。难吸收态：残渣态等难为植物吸收的A：采集后压制植物的一般照片（有黄斑）；地上部的金属含量应比普通植物高百倍甚至上千倍。其排出体外的主要途径是排放，也可以通过衰老的方式如分泌一些脱落酸促进老叶或受毒害叶片脱落等作用把重金属排出体外。目前，对植物富集后的生物量的处理还没有比较妥善的解决办法。促进根区微生物的生长和繁殖，以利于降解有毒化学物质。如，土壤中植物吸收Pb的能力很低→→土壤中加入络合剂（EDTA）→→增加植物根对Pb的吸收能力如有毒的Hg2+经植物挥发后变成了低毒的Hg，高毒的硒变成了低毒的硒化物气体等。植物受重金属污染后会产生一些抗氧化剂保护系统。世界上已发现400多种典型的超富集植物，其中超过六成是Ni超富集植物。40龍葵菌根真菌－增加生长，降低土壤中的重金属含量等。40龍葵41苜蓿草和水稻已成功地用于土壤中PAHs（多环芳烃)的修复,在6个月内可以将PAHs总量降低57%；41苜蓿草和水稻已成功地用于土壤中PAHs（多环芳烃)的修复重金属对植物的伤害机制42胁迫〉忍耐限度→→伤害：生长、繁殖受阻，至死亡重金属对植物的影响：a.抑制植物种子萌发；b.抑制植物的生长，表现为植株矮小，生长缓慢，生物量减小；c.抑制植物生殖，表现为生育期推迟，严重时会使生殖生长完全停止，甚至不开花结果。5.5重金属的植物修复重金属对植物的伤害机制42胁迫〉忍耐限度→→伤害：生长、繁殖重金属对植物的伤害机理的表现：①细胞膜的结构与功能受到破坏；②光合作用受到抑制；③呼吸作用发生紊乱；④糖类和氮素代谢受到抑制；⑤细胞核核仁遭到破坏；⑥植物激素发生变化。43重金属对植物的伤害机理的表现：43

此外，重金属还通过影响根系微生态环境及产生营养胁迫而对植物造成伤害。主要表现为：①对根际土壤微生物产生毒害作用；②全部或部分地抑制土壤生化反应；③与矿物元素发生拮抗和协同作用。44此外，重金属还通过影响根系微生态环境及产生营养胁45这张图片表现的是吸收重金属以后的植物：A：采集后压制植物的一般照片（有黄斑）；B：X-射线放射自显影照片（能看出金属元素所在的部位）；C：计算机重构的放射自显影图（能看出金属元素所在的部位）。45这张图片表现的是吸收重金属以后的植物：植物对重金属的抗性机制当环境中重金属含量过高时，通常会对植物造成伤害。但植物也具有一些抗性机制来削除或减轻这种伤害，以使植物还能够生长。主要途径为：

（1）阻止重金属进入体内

许多植物根部具有某种“避”的机制，可以使根系周围大量重金属离子被阻止在根部，阻止重金属进入根内并向地上部位运输，从而使植物免受伤害或减轻伤害。46植物对重金属的抗性机制46

其避性机理一方面在于植物根分泌的有机酸等物质，改变了根际圈pH值及氧化还原电位梯度，降低重金属的生物可利用性。另一方面，可能在于菌根真菌对重金属的屏障作用。一般认为，植物对重金属的这种阻碍机制是普遍存在的，但当污染水平超过某一临界值时，这种抵御能力就会失去作用，植物仍然会受伤害。47其避性机理一方面在于植物根分泌的有机酸等物质，改变了（2）将重金属排出体外进入植物体内的重金属也可以通过某些机制被排出体外，从而达到解毒的目的。其排出体外的主要途径是排放，也可以通过衰老的方式如分泌一些脱落酸促进老叶或受毒害叶片脱落等作用把重金属排出体外。48（3）对重金属的活性钝化

植物还可以通过将积累在体内的重金属沉积在细胞壁等生理活性较弱区域，以此来阻止重金属对细胞内溶物的伤害。近年来的研究证实，许多植物将重金属累积在液泡，这种区域化作用将重金属与细胞内其他物质隔离开来。（2）将重金属排出体外48（3）对重金属的活性钝化49蜈蚣草的毛状体对砷具有特殊的富集能力，羽片胞液是砷的主要储存部位，对砷具有明显的区域化作用，砷毒因此被“密封”在蜈蚣草体内的安全部位，不会影响植物的整体生长发育。49蜈蚣草的毛状体对砷具有特殊的富集能力，羽片胞液是砷的主要（4）抗氧化防卫系统植物受重金属污染后会产生一些抗氧化剂保护系统。其中酶性清除剂主要有超氧化物歧化酶，脱氢酶，过氧化氢酶，氧化物酶，抗坏血酸过氧化物酶，谷胱甘肽还原酶，谷胱甘肽过氧化物酶等。（5）生态型的改变改变生态型的方式生存下去，如植物生长的特别矮小或肥大。50（4）抗氧化防卫系统5051重金属超积累植物提取作用挥发植物挥发作用固化植物固定/稳定化作用重金属的植物修复机理植物对重金属的运输（自学）

重金属的植物修复类型51重金属超积累植物提取作用重金属的植（1）植物提取修复(phytoextraction)

利用超积累植物从污染土壤或水体中超量吸收、积累一种或几种重金属元素，之后将植物整体（包括部分根）收获并集中进行热处理，化学处理或微生物处理，然后再重复上述步骤最终使污染环境中重金属含量降低到可接受的水平。52（1）植物提取修复(phytoextraction)52适应重金属胁迫的植物

a.重金属排异性植物不吸收或少吸收重金属元素；将吸收的重金属钝化在植物的地下部分，使其不向地上部分转移；

b.重金属超积累植物大量吸收重金属元素，植物仍能正常生长。53适应重金属胁迫的植物53超富集植物Brooks

1977参考值（Baker,2000）：

植物叶片或地上部干重中，

＞100mg/kg镉

＞1000mg/kg砷、钴、铜、镍、铅

＞10000mg/kg锰、锌超富集植物是能超量吸收重金属并将其运移到地上部的特殊植物。比值大于1。对于超富集植物的界定，植物地上部重金属含量是常用的指标。超富集植物区别于普通植物的表现特征：超富集植物Brooks

1977参考值（Baker,20054重金属超富集植物是植物修复的核心和基础。只有寻找到某种重金属相对应的超富集植物，才能实施植物修复。由于可以达到“种植物,收金属”的理想境界,重金属超富集植物向来是人们研究的重点。55重金属超富集植物是植物修复的核心和基础。只有寻找到某种重金属重金属在土壤普通植物中的平均浓度及其在超富集植物中的临界标准(mg/kg)重金属元素土壤中含量普通植物中含量超累积植物临界标准镉100钴1011000铬6011000锰850801000钙20101000镍4021000铅1051000锌5010010000达到临界标准，才能算是超富集植物。只有找到这种重金属的超富集植物，才能修复这种重金属污染的土壤。世界上已发现400多种典型的超富集植物，其中超过六成是Ni超富集植物。重金属在土壤普通植物中的平均浓度重金属元素土壤中含量普通植物56已知超富集植物地上部分的金属含量（mg/kg）金属超累积植物含量镉天蓝遏蓝菜（Thlaspicaerulescens）1800铜高山甘薯（Ipomoeaalpina）12300钴Haumaniasturmrobetii10200铅圆叶遏蓝菜（T.rotundifolium）8200锰粗脉叶澳洲坚果Macadamianeurophylla51800镍九节木属(P.douarrei)47500锌天蓝遏蓝菜（T.caerulescens）51600已知超富集植物地上部分的金属含量（mg/kg）金属超累积植物57理想的超富集植物特征：1）对土壤中重金属具有较强的吸收和向地上部转运的能力。地上部的金属含量应比普通植物高百倍甚至上千倍。地上部重金属含量高于土壤重金属含量(即富集系数BF>1、地上部重金属含量高于根部重金属含量(即转运系数TF>1)2）具有较快的生长速度和较大的生物量。理想的超富集植物特征：58蜈蚣草砷超富集植物野外条件下其生物量（鲜重）最高达到36t/hm2，并且植物体内砷的浓度最高可达2.3%，国内已有修复基地。蜈蚣草砷超富集植物野外条件下其生物量（鲜重）最高达到36t/59镍超富集植物大戟诸葛菜黄杨龙船花镍超富集植物大戟诸葛菜黄杨龙船花60锌超富集植物遏蓝菜长鄂堇菜Zn超量积累植物的分布较少，目前发现的约有18种，主要是十字花科遏蓝菜属植物。锌超富集植物遏蓝菜长鄂堇菜Zn超量积累植物61铅超富集植物砷超富集植物玉米印度芥菜蜈蜙草铅超富集植物砷超富集植物玉米印度芥菜蜈蜙草62商陆镉超富集植物商陆镉超富集植物6364超积累种鸭趾草中铜的浓度超过1000μg/g干重时，并未观察到明显的中毒症状。东南景天：产广西、广东、台湾、福建、贵州、四川、湖北、湖南、江西、安徽、浙江至江苏宜兴。Zn/Cd共超积累及铅富集植物鸭趾草64超积累种鸭趾草中铜的浓度超过1000μg/g干重时，并未超量积累植物资源：常规育种：筛选突变株将超量积累植物与生物量高的亲缘植物杂交转基因育种：通过引入金属硫蛋白（metallothioneins）基因或引入编码MerA（汞离子还原酶）的半合成基因，增加了植物对金属的耐受性。65超量积累植物资源：65目前，对植物富集后的生物量的处理还没有比较妥善的解决办法。有人提出将富集重金属的生物量燃烧发电，也有人主张将其中的金属提取出来。但目前的技术手段还很难实现，而且这两种处理方法的造价都太高。一种现实的处理办法是暂时存放，可以将超富集植物烧成灰后，当做特殊垃圾深挖、填埋，或是运到铅、锌等重金属矿区的尾矿库中与尾矿渣一起贮存，等将来技术手段进步了再进行提炼。66目前，对植物富集后的生物量的处理还没有比较妥善的解决办法。有67案例：美国Viridian环境公司对加拿大OntarioNi污染土壤的治理，每年可以从重金属回收当中获得2500美元·hm-2的收益，显示了较好的商业化应用前景。植物从环境中提取和浓缩某种元素是一个自然的、仅消耗光能的过程，因此植物修复就是利用这一过程的优点而形成的一种绿色技术。67案例：应用的制约：①只能积累某些元素，不能对所有关注元素都有积累②生长缓慢，生物量低③农艺性状，病虫害，育种－了解少。68应用的制约：68（2）植物挥发修复(Phytovolatilization)

某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组织空隙中挥发。植物挥发修复技术对于挥发性重金属的修复有显著效果，但这种挥发性重金属转移到大气中的做法，有可能带来新的环境风险，所以，植物挥发修复应用范围较小。69（2）植物挥发修复(Phytovolatilization)70目前这方面研究最多的元素是汞和硒。汞是一种易挥发重金属，主要以无机态汞和有机态汞存在。研究发现，某些细菌可以通过酶的作用将甲基汞和离子态汞转化为毒性小得多的单质汞并挥发到大气中。因此，科学家在寻找汞超积累植物的同时，试图将细菌体内对汞的转化基因转导到植物中去，由此提高植物对汞的挥发修复能力。70目前这方面研究最多的元素是汞和硒。

案例：美国科学家已成功将去甲基汞毒性的两种基因转导到烟草和植物拟南芥，这两种基因分别是汞离子还原基因和有机汞催化破坏基因，其中有机汞催化破坏基因能催化有机汞释放汞，然后由汞离子还原基因催化植物所吸收的汞发生还原反应变为单质汞，再由植物把单质汞挥发到大气中去。71案例：7172紫云英可以从污染土壤中吸收硒，之后将其在体内转化，并以二甲基硒和二甲基二硒等形态挥发掉。以及一些农作物如水稻、花椰菜、卷心菜、胡萝卜、大麦和苜蓿等对硒都有较强的吸收和挥发能力。72紫云英可以从污染土壤中吸收硒，之后将其在体内转化，并以二（3）植物固定/稳定化修复植物固定(Phytostabilization)

利用植物将有毒有害污染物如重金属聚集在根系地带,降低其活动性,阻止其向深层土壤或地下水中扩散,但并不为植物利用,即根系对污染物起固定作用。73失去生物有效性A

根分泌物积累沉淀污染物质减少毒害作用B

植物生长减少风蚀、水蚀污染物质扩散、迁移防止防止污染周围环境（3）植物固定/稳定化修复植物固定(Phytostabili原理保护污染土壤不受侵蚀，减少土壤渗滤以防止污染物的淋溶;通过在根部累积和沉淀对污染物起到钝化或稳定化作用。应用可用于采矿、冶炼厂、污泥等污染土壤的修复。风险不是彻底去除污染物，仅形态发生变化，环境条件发生变化时其生物有效性又会发生改变。原理745.6放射性核素及富营养化物的植物修复

75桉树：Cs、Sr水体富营养

（N、P)5.6放射性核素及富营养化物的植物修复

75桉树：Cs、S5.7污染土壤植物修复时间的估算重金属污染土壤植物修复计算污染物吸收速率与修复时间可用下式进行估算：M=M0e-ktk=U/M0t=-(lnM/M0)/k式中，U为污染物吸收速率(kg/a)；M0为污染物的初始质量(kg)；

k为植物一级吸收速率常数(a-1)；

M为任一时间残留的污染物质量(kg)；

t为将某一污染场地清洁到一定标准后所需的时间(a)。U值的确定：田间试验，文献查阅。5.7污染土壤植物修复时间的估算76例题：某场地遭受轻度铅污染，30.48cm土壤深度范围内铅的浓度为600mg/kg，清洁达到的标准设定为400mg/kg。场地每年种植印度芥菜并进行相应的施肥和收割以达到植物萃取金属的目的。（土壤比重1.5）如果植物修复过程中施用小剂量EDTA后植物器官中铅的含量可以达到5000mg/kg(烘干重)，每公顷每茬植物收得地上可收割部分的干重物质为8t，则每年收割3茬植物总的干物质量可达到24t。试计算修复年限。例题：77U=5000mg/kg*(24t/hm2a)=120kg/hm2a假如M0为比重1.5的土壤中铅的初始质量，则：M0＝600*1.5t/m3*104m2*(30.48*10-2m)=2743kg/hm2k＝U/M0=120/2743=0.04a-1假定清洁标准定为400mg/kg，则残留污染的质量为M(kg)：M＝400*1.5t/m3*104m2*(30.48*10-2m)=1829kg/hm2t=-(lnM/M0)/K=-(ln1829/2743)/0.04=10.13aU=5000mg/kg*(24t/hm2a)=12078有机污染土壤植物修复时间计算假定植物萃取呈一级反应：M=M0e-ktk=U/M0U＝(TSCF)(T)(C)t=-(lnM/M0)/k式中，U为污染物的吸收速率(mg/L);T为植物的蒸发速率(L/d)，TSCF为蒸发流浓度系数，无量纲;C为土壤溶液中液相的浓度(mg/L)。有机污染土壤植物修复时间计算79污染环境的植物修复原理知识讲解课件80污染环境的植物修复原理知识讲解课件81例题：假设某污染土壤从地表到3m深处未饱和带均可发现四氯乙烯残留物。实测土壤水溶液样品中污染物的浓度为100mg·L-1。如果在废弃物上长期种植密度为每公顷3600棵的杂交杨柳树用以吸收和转化四氯乙烯废弃物，每棵树每年蒸发大约2000L水。假如每英亩土壤中四氯乙烯的质量为2500kg/hm2，清洁标准定为250kg/hm2(剔除掉90%)的污染物，查表TSCF=0.74。试计算修复年限。例题：82T=2000*3600＝7.2*106（L/hm2a）C=100mg·L-16L/hm2a*100mg·L-1=532.8kg/hm2aK=U/M0=532.8/2500=0.21a-1M=250kg/hm2M0=2500kg/hm2t=-(lnM/M0)/k=10.95a当大部分四氯乙烯被杨树吸收后，会缓慢地蒸发到大气圈中，只有部分四氯乙烯会被植物的叶部和木质部组织新陈代谢掉。T=2000*3600＝7.2*106（L/hm2a）83（3）植物挥发(Phytovolatilization)84某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组织空隙中挥发。如桉树降解三氯乙烯(TCE)、甲基叔丁基醚(MTBE)，印度芥菜降解硒化合物；烟草挥发甲基汞。从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的活性羟基分解。如有毒的Hg2+经植物挥发后变成了低毒的Hg，高毒的硒变成了低毒的硒化物气体等。（3）植物挥发(Phytovolatilization)84局限性：需要光、T、水分等适宜的环境条件，及病、虫草害的影响；对于污染程度过重、或污染物分布为植物根系所达不到，甚至不适于植物生长的污染土壤或水体的修复并不适用；对于复合污染土壤或水体，采用一种修复植物或几种修复植物相结合的修复方式往往也难以达到修复要求；修复周期较长，难以满足快速修复污染环境的需求。85局限性：85（2）植物对其他有机污染物的分解转化作用分解转化石油、洗涤剂、塑料、造纸、印染工业产生的废物。8686对于超富集植物的界定，植物地上部重金属含量是常用的指标。t=-(lnM/M0)/k=10.（3）植物固定/稳定化修复典型有机污染物的植物修复根系分泌物：糖类，醇类，酸类，如：硝基还原酶和树胶氧化酶可以将弹药废物如TNT分解其中酶性清除剂主要有超氧化物歧化酶，脱氢酶，过氧化氢酶，氧化物酶，抗坏血酸过氧化物酶，谷胱甘肽还原酶，谷胱甘肽过氧化物酶等。从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的活性羟基分解。T=2000*3600＝7.修复周期较长，难以满足快速修复污染环境的需求。假定植物萃取呈一级反应：（3）对重金属的活性钝化rotundifolium）U=5000mg/kg*(24t/hm2a)=120kg/hm2a污染物－酶促反应－低毒，无毒物87重金属超积累植物提取作用挥发植物挥发作用固化植物固定/稳定化作用重金属的植物修复机理植物对重金属的运输（自学）

重金属的植物修复类型对于超富集植物的界定，植物地上部重金属含量是常用的指标。87超富集植物Brooks

1977参考值（Baker,2000）：

植物叶片或地上部干重中，

＞100mg/kg镉

＞1000mg/kg砷、钴、铜、镍、铅

＞10000mg/kg锰、锌超富集植物是能超量吸收重金属并将其运移到地上部的特殊植物。比值大于1。对于超富集植物的界定，植物地上部重金属含量是常用的指标。超富集植物区别于普通植物的表现特征：超富集植物Brooks

1977参考值（Baker,20088已知超富集植物地上部分的金属含量（mg/kg）金属超累积植物含量镉天蓝遏蓝菜（Thlaspicaerulescens）1800铜高山甘薯（Ipomoeaalpina）12300钴Haumaniasturmrobetii10200铅圆叶遏蓝菜（T.rotundifolium）8200锰粗脉叶澳洲坚果Macadamianeurophylla51800镍九节木属(P.douarrei)47500锌天蓝遏蓝菜（T.caerulescens）51600已知超富集植物地上部分的金属含量（mg/kg）金属超累积植物89铅超富集植物砷超富集植物玉米印度芥菜蜈蜙草铅超富集植物砷超富集植物玉米印度芥菜蜈蜙草9091超积累种鸭趾草中铜的浓度超过1000μg/g干重时，并未观察到明显的中毒症状。东南景天：产广西、广东、台湾、福建、贵州、四川、湖北、湖南、江西、安徽、浙江至江苏宜兴。Zn/Cd共超积累及铅富集植物鸭趾草91超积累种鸭趾草中铜的浓度超过1000μg/g干重时，并未目录5.1概述5.2植物对污染物的修复作用5.3影响植物修复的环境因子5.4有机污染物的植物修复5.5重金属的植物修复5.6放射性核素及富营养化物的植物修复92目录15.1概述植物修复的概念和类型植物修复技术：是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染物的理论为基础，利用植物及其根际圈微生物体系的吸收、挥发、降解和转化作用来消除环境中污染物的一门环境污染治理技术。具体地说植物修复就是利用植物本身特有的利用、分解和转化污染物的作用，利用植物根系特殊的生态条件加速根际圈的微生态环境中微生物的生长繁殖，以及利用某些植物的特殊积累与固定能力，提高对环境中某些无机和有机污染物的脱毒和分解能力。935.1概述植物修复的概念和类型2广义的植物修复包括利用植物修复重金属污染的土壤、利用植物净化空气和水体、利用植物清除放射性核素和利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中的有机污染物。目前植物修复主要指利用植物及其根际圈微生物体系清洁污染土壤，其中利用重金属超积累植物的提取作用去除污染土壤中的重金属又是植物修复的核心技术。因此，狭义的植物修复技术主要指利用植物清除污染土壤中的重金属。94广义的植物修复包括利用植物修复重金属污染的土壤、利用植物净化植物修复应用范围：

a.利用植物修复重金属污染的土壤

b.利用植物净化空气和水体

c.利用植物清除放射性核素

d.利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中的有机污染物95植物修复应用范围：4图5-1植物修复与生物修复的关系及主要修复方式96

生物修复微生物修复植物修复微生物降解微生物转化植物去除植物固定/稳定化植物净化空气植物提取植物降解根际圈微生物降解植物挥发生态修复图5-1植物修复与生物修复的关系及主要修复方式5生物植物修复的类型植物净化空气植物提取修复植物挥发修复植物降解修复根际圈生物降解修复植物固定/稳定化修复97植物修复的类型6（1）植物净化空气98净化空气吸收有害气体吸滞放射性物质滞尘除菌和杀菌减弱噪声吸收CO2（1）植物净化空气7净化空气吸收有害气体吸滞放射性物质滞尘除植物修复在空气污染中的应用

氮氧化物NxOy是污染空气的一类主要化合物，NO2同O3在光照的条件下容易形成光化学烟雾，N2O是一种能引起温室效应的气体，它可以辐射传热,破坏同温层的O3。某些植物将氮氧化物转化为氨基酸或以其为氮源加以利用,利用这些植物去除空气中的氮氧化物无疑是环保节能的好方法。99植物修复在空气污染中的应用8100龙舌兰：在10平方米左右的房间内，可消灭70％的苯、50％的甲醛和24％的三氯乙烯芦荟：在24小时照明的条件下，可以消灭1立方米空气中所含的90％的甲醛。9龙舌兰：在10平方米左右的房间内，可消灭70％的苯、50％将超量积累植物与生物量高的亲缘植物杂交①细胞膜的结构与功能受到破坏；U＝(TSCF)(T)(C)用富集系数来表征植物对某种元素或化合物的积累能力，天蓝遏蓝菜（Thlaspicaerulescens）4有机污染物的植物修复3%，国内已有修复基地。5，亲水，不易与根部吸附，不易进入植物体①细胞膜的结构与功能受到破坏；5t/m3*104m2*(30.挥发M0＝600*1.7污染土壤植物修复时间的估算已知超富集植物地上部分的金属含量（mg/kg）只有寻找到某种重金属相对应的超富集植物，才能实施植物修复。（2）植物促进(Phytoaccumulation)101也称之为植物提取,植物根系将土壤中重金属或有机污染物从污染的土壤中转移到植物的地上部分。一般指那些能累积超过叶子干重1.0%的Mn，或者0.1%的Co、Cu、Pb、Ni、Zn，或者0.01%的Cd的植物。目前世界上有500多种这样的植物。将超量积累植物与生物量高的亲缘植物杂交（2）植物促进(Phy1021583年，Cesalpino首次发现“黑色的岩石”上生长的特殊植物，1814年，Desvaux将其命名为Alyssumbertolonii(庭荠属)，1848年，Minguzzi和Vergnano测定该植物叶片含镍高达7900mg/kg。1977年，Brooks将这类植物命名为“超富集植物”(hyperaccumulator)。1983年，Chaney提出利用植物提取土壤中的污染物，通过收割植物带走土壤中污染物的设想。111583年，Cesalpino首次发现“黑色的岩石”上生（3）植物挥发(Phytovolatilization)103某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组织空隙中挥发。如桉树降解三氯乙烯(TCE)、甲基叔丁基醚(MTBE)，印度芥菜降解硒化合物；烟草挥发甲基汞。从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的活性羟基分解。如有毒的Hg2+经植物挥发后变成了低毒的Hg，高毒的硒变成了低毒的硒化物气体等。（3）植物挥发(Phytovolatilization)12（4）植物降解（Phytodegradation）利用某些植物特有的转化和降解作用去除水体和土壤中有机污染物质的一种方式。修复途径主要有两个方面：104如：硝基还原酶和树胶氧化酶可以将弹药废物如TNT分解B

根分泌的物质直接降解根际圈内有机污染物如：漆酶对TNT（三硝基甲苯）的降解，脱卤酶对含氯溶剂如TCE（三氯乙烯）的降解等A

污染物植物体木质化作用植物组织矿化为CO2和H2O无毒或毒性小（4）植物降解（Phytodegradation）利用某些植（5）根际圈生物降解(Rhizodegradation)根系降解：

植物中超过20%的营养成分如糖分、氨基酸、有机酸等都聚集在根部,因此会生长很多微生物,尤其在根表面向外1~3mm的地方,这些微生物是没有种植过植物的土壤的3~4倍。一些微生物可以同植物相结合促进重金属的转化,也可以矿化某些有机污染物如PAHs、PCBs。105植物微生物体系水分养料根分泌物质降解有机物的原料（共代谢的原料）（5）根际圈生物降解(Rhizodegradation)根系（6）植物固定(Phytostabilization）106利用植物将有毒有害污染物如重金属聚集在根系地带,降低其活动性,阻止其向深层土壤或地下水中扩散,但并不为植物利用,即根系对污染物起固定作用。（6）植物固定(Phytostabilization）15利植物修复的优势及存在的问题优势：107植物修复开发和应用潜力巨大。植物修复符合可持续发展战略的理念。（太阳能为能源、蒸腾作用、无二次污染、肥力增加，

回收金属等）植物修复过程易于社会接受。植物修复的优势及存在的问题优势：16植物修复开发和应用潜力巨局限性：需要光、T、水分等适宜的环境条件，及病、虫草害的影响；对于污染程度过重、或污染物分布为植物根系所达不到，甚至不适于植物生长的污染土壤或水体的修复并不适用；对于复合污染土壤或水体，采用一种修复植物或几种修复植物相结合的修复方式往往也难以达到修复要求；修复周期较长，难以满足快速修复污染环境的需求。108局限性：17超富集植物区别于普通植物的表现特征：氧化，还原，水解，脱烃，脱卤，羟基化，异构化作用－降解（植物降解很强）通过引入金属硫蛋白（metallothioneins）基因或引入编码MerA（汞离子还原酶）的半合成基因，增加了植物对金属的耐受性。当植物吸收和排泄的过程呈动态平衡时，植物虽然仍以某种微弱的速度在吸收污染物质，但在体内的积累量已不再增加，而是达到了一个极限值，叫临界含量，此时的富集系数称为平衡富集系数。芦荟：在24小时照明的条件下，可以消灭1立方米空气中所含的90％的甲醛。超富集植物是能超量吸收重金属并将其运移到地上部的特殊植物。主要靠－根系分泌物对有机物的污染产生的配合和降解等作用；典型有机污染物的植物修复k为植物一级吸收速率常数(a-1)；5t/m3*104m2*(30.根据植物根对污染物质吸收的难易程度，可将土壤中污染物分为：从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的活性羟基分解。2*106（L/hm2a）假定植物萃取呈一级反应：M=250kg/hm2109修复原理：主要是通过植物自身的光合、呼吸、蒸腾和分泌等代谢活动与环境中的污染物质和微生态环境发生交互反应，从而通过吸收、分解、挥发、固定等过程使污染物达到净化和脱毒的修复效果。

5.2植物对污染物的修复作用超富集植物区别于普通植物的表现特征：18修复原理：主要是通过植物吸收、排泄与积累（1）植物吸收植物为了维持正常的生命活动，必须不断地从周围环境中吸收水分和营养物质。植物具有广泛吸收性，除对少数几种元素表现出选择性吸收外，对不同的元素来说只是吸收能力大小不同而已。植物吸收的3种方式：被动吸收、避、超积累110植物吸收、排泄与积累（1）植物吸收19（2）植物排泄向外排泄体内多余的物质和代谢物质（排泄物或挥发的形式）

植物排泄途径： ①经过根吸收后，再经叶片或茎等地上器官排出去(如汞、硒等）。 ②叶片吸收后，根排泄。 ③去旧生新111（2）植物排泄20（3）植物积累进入植物体内的污染物质虽可经生物转化过程成为代谢产物经排泄途径排出体外，但大部分污染物质与蛋白质或多肽等物质具有较高的亲和性而长期存留在植物的组织或器官中，在一定的时期内不断积累增多而形成富集现象，还可在某些植物体内形成超富集。112（3）植物积累21用富集系数来表征植物对某种元素或化合物的积累能力，

富集系数（BCF）=植物体内某种元素含量/土壤中该种元素含量用位移系数来表征某种重金属元素或化合物从植物根部到植物地上部的转移能力，即位移系数（TF）=植物地上部某种元素含量/植物根部该种元素含量

富集系数越大，表示植物积累该种元素的能力越强。位移系数越大，说明植物由根部向地上部运输该元素能力越强，利于植物提取修复。当植物吸收和排泄的过程呈动态平衡时，植物虽然仍以某种微弱的速度在吸收污染物质，但在体内的积累量已不再增加，而是达到了一个极限值，叫临界含量，此时的富集系数称为平衡富集系数。113用富集系数来表征植物对某种元素或化合物的积累能力，22（4）植物吸收、排泄和积累间的关系

动态平衡(图5-3)

114根据植物根对污染物质吸收的难易程度，可将土壤中污染物分为：可吸收态：土壤溶液中的污染物如游离离子及螯合离子难吸收态：残渣态等难为植物吸收的交换态：介于两者之间，包括被黏土和腐殖质吸附的污染物可吸收态交换态难吸收态（4）植物吸收、排泄和积累间的关系23根据植物根对污染物质吸115245.3影响植物修复的环境因子共存物质温度氧化还原电位污染物间的复合效应生物因子植物营养物质酸碱度植物激素5.3影响植物修复的环境因子共存物质温度氧化还原电位污染116影响土壤重金属活性的主要因素，影响溶解和沉淀平衡，pH高重金属易沉淀，不易生物吸收。以Cd、Zn为例，随pH升高，Cd、Zn趋于稳定;在低pH时，沉积物中生物可吸收态的水溶液和可交换态Cd、Zn的浓度有明显增加。可能不是单一的递增或递减。117（1）pH值影响土壤重金属活性的主要因素，影响溶解和沉淀平衡，pH高重金（2）氧化还原电位Eh

重金属在不同的氧化还原状态下，有不同的形态且可互相转化。Cd：在还原条件下，有机结合态Cd最稳定，但在氧化条件下，有机结合态镉则被转化为生物可利用的水溶态、可交换态或溶解络合态而释放到水体中，并随Eh增大，其释放量增多。淹水抽穗118（2）氧化还原电位Eh27②叶片吸收后，根排泄。③农艺性状，病虫害，育种－了解少。对于污染程度过重、或污染物分布为植物根系所达不到，甚至不适于植物生长的污染土壤或水体的修复并不适用；地上部重金属含量高于土壤重金属含量(即富集系数BF>1、地上部重金属含量高于根部重金属含量(即转运系数TF>1)对于超富集植物的界定，植物地上部重金属含量是常用的指标。7污染土壤植物修复时间的估算②叶片吸收后，根排泄。重金属在土壤普通植物中的平均浓度假定植物萃取呈一级反应：t=-(lnM/M0)/k污染物吸收速率与修复时间可用下式进行估算：植物为了维持正常的生命活动，必须不断地从周围环境中吸收水分和营养物质。植物吸收后－木质化作用新的组织中k＝U/M0=120/2743=0.从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的活性羟基分解。(3)共存物质可改变重金属的存在状态：络合-螯合剂：与可溶态金属结合，防止金属沉淀或吸附在土壤上，增加重金属的移动性和植物利用性。同时，被吸附态和结合态的金属离子溶解如，土壤中植物吸收Pb的能力很低→→土壤中加入络合剂（EDTA）→→增加植物根对Pb的吸收能力富里酸对结合态汞有较强的吸附能力，易于促进矿物汞由固定结合态向有机溶解态转化，而被植物吸收。119②叶片吸收后，根排泄。(3)共存物质28（4）植物营养物质营养物质是影响植物吸收重金属的要素，有些已成为调控重金属植物毒性的途径与措施。实验表明N、P、K等植物营养物质对超积累植物吸收重金属有较大的影响。例如，在对小麦施用氮肥的过程中发现，硝酸铵不仅能够增加小麦对土壤中Cd的吸收，促进植物生长，而且NH4＋进入土壤后发生硝化作用，短期内可使土壤pH值明显下降，增加了Cd的生物有效性，更重要的是NH4Cd形成络合物而降低土壤对Cd的吸附。120（4）植物营养物质29（5）污染物间的复合作用多种污染物－复合污染，拮抗和促进（6）植物激素植物体内合成的，对植物生长发育产生明显调节作用的微量生理活性物质。（植物激素类除草剂）（7）生物因子菌根真菌－增加生长，降低土壤中的重金属含量等。

121（5）污染物间的复合作用30（8）温度温度首先会影响水生植物的生长，温度还会影响水体重金属离子的活性，以及水体悬浮泥沙、底泥对重金属的吸附，进而影响植物的吸收。（9）重金属的种类及其形态差异

植物对有些元素容易吸收而对另一些元素很难吸收，通过植物对Cr,Hg,As,Cd的吸收比较发现植物最容易吸收Cd和As，而对Cr的吸附量就很少。同一元素的不同价态吸收系数差别很大，如水稻对Cr3＋的吸收系数平均值为0.032，而对Cr6＋则为0.056，可见Cr6＋的吸收系数大于Cr3＋。122（8）温度315.4有机污染物的植物修复123直接吸收和降解酶的作用根际的生物降解植物对有机污染物的修复作用（3种机制）5.4有机污染物的植物修复32直接吸收和降解酶的作用根际（1）直接吸收和降解植物根－中度憎水性有机物吸收好:0.5≤lgKow≤3.0Kow是有机化合物在辛醇和水两相平衡浓度之比。辛醇对有机物的分配与有机物在土壤有机质的分配极为相似，＞3.0憎水，根部吸附紧密，不易进入植物体内；＜0.5，亲水，不易与根部吸附，不易进入植物体苯系物，氯代溶剂，短链脂肪族化合物植物吸收后－木质化作用新的组织中矿化－二氧化碳和水挥发124（1）直接吸收和降解植物根－中度憎水性有机物吸收好:0.5≤（2）酶的作用植物对有机污染物的吸收强度－比无机物低主要靠－根系分泌物对有机物的污染产生的配合和降解等作用；根系释放到土壤中的酶的直接降解作用。死的植物根－酶－分解作用－脱卤酶等125（3）根际的生物降解植物以多种方式帮助微生物的转化包括：植物根的微生物区系＋内生微生物（2）酶的作用植物对有机污染物的吸收强度－比无机物低34（3126根分泌酶和有机酸微生物土壤界面促进根区微生物的生长和繁殖，以利于降解有毒化学物质。根系分泌物：糖类，醇类，酸类，细根的腐解－有机碳35根分泌酶和有机酸微生物土壤界面促进根区微生物的生长和繁殖127

植物-微生物共生体(具有固氮菌的豆科植物)中,根分泌物养育了微生物，微生物的活动也会促进根系分泌物的释放。植物可转移氧气使根区的好氧转化作用正常进行，降解不能被固氮菌单独转化的有机污染物。36植物-微生物共生体(具有固氮菌的豆科植物)中,根分典型有机污染物的植物修复污染物－酶促反应－低毒，无毒物氧化，还原，水解，脱烃，脱卤，羟基化，异构化作用－降解（植物降解很强）（1）植物对农药的分解转化作用耐药性植物－分解杀虫剂，除草剂，杀菌剂等高等植物体内－降解农药的基本生化反应为：氧化、还原、水解、异构化、轭合反应等。128典型有机污染物的植物修复污染物－酶促反应－低毒，无毒物37（2）植物对其他有机污染物的分解转化作用分解转化石油、洗涤剂、塑料、造纸、印染工业产生的废物。12938130水葫芦水葫芦（学名凤眼莲）可以去除水体中的有机磷农药、染料、酚、多环芳烃、甲基对硫磷等有机污染物；能从污水中除去镉、铅、汞、铊、银、钴、锶等重金属元素。龙葵能有效地降解PCBs（多氯联苯），对Cd富集。龙葵39水葫芦水葫芦（学名凤眼莲）可以去除水体中的有机磷农药、染菌根真菌－增加生长，降低土壤中的重金属含量等。富里酸对结合态汞有较强的吸附能力，易于促进矿物汞由固定结合态向有机溶解态转化，而被植物吸收。已知超富集植物地上部分的金属含量（mg/kg）主要靠－根系分泌物对有机物的污染产生的配合和降解等作用；超积累种鸭趾草中铜的浓度超过1000μg/g干重时，并未观察到明显的中毒症状。难吸收态：残渣态等难为植物吸收的A：采集后压制植物的一般照片（有黄斑）；地上部的金属含量应比普通植物高百倍甚至上千倍。其排出体外的主要途径是排放，也可以通过衰老的方式如分泌一些脱落酸促进老叶或受毒害叶片脱落等作用把重金属排出体外。目前，对植物富集后的生物量的处理还没有比较妥善的解决办法。促进根区微生物的生长和繁殖，以利于降解有毒化学物质。如，土壤中植物吸收Pb的能力很低→→土壤中加入络合剂（EDTA）→→增加植物根对Pb的吸收能力如有毒的Hg2+经植物挥发后变成了低毒的Hg，高毒的硒变成了低毒的硒化物气体等。植物受重金属污染后会产生一些抗氧化剂保护系统。世界上已发现400多种典型的超富集植物，其中超过六成是Ni超富集植物。131龍葵菌根真菌－增加生长，降低土壤中的重金属含量等。40龍葵132苜蓿草和水稻已成功地用于土壤中PAHs（多环芳烃)的修复,在6个月内可以将PAHs总量降低57%；41苜蓿草和水稻已成功地用于土壤中PAHs（多环芳烃)的修复重金属对植物的伤害机制133胁迫〉忍耐限度→→伤害：生长、繁殖受阻，至死亡重金属对植物的影响：a.抑制植物种子萌发；b.抑制植物的生长，表现为植株矮小，生长缓慢，生物量减小；c.抑制植物生殖，表现为生育期推迟，严重时会使生殖生长完全停止，甚至不开花结果。5.5重金属的植物修复重金属对植物的伤害机制42胁迫〉忍耐限度→→伤害：生长、繁殖重金属对植物的伤害机理的表现：①细胞膜的结构与功能受到破坏；②光合作用受到抑制；③呼吸作用发生紊乱；④糖类和氮素代谢受到抑制；⑤细胞核核仁遭到破坏；⑥植物激素发生变化。134重金属对植物的伤害机理的表现：43

此外，重金属还通过影响根系微生态环境及产生营养胁迫而对植物造成伤害。主要表现为：①对根际土壤微生物产生毒害作用；②全部或部分地抑制土壤生化反应；③与矿物元素发生拮抗和协同作用。135此外，重金属还通过影响根系微生态环境及产生营养胁136这张图片表现的是吸收重金属以后的植物：A：采集后压制植物的一般照片（有黄斑）；B：X-射线放射自显影照片（能看出金属元素所在的部位）；C：计算机重构的放射自显影图（能看出金属元素所在的部位）。45这张图片表现的是吸收重金属以后的植物：植物对重金属的抗性机制当环境中重金属含量过高时，通常会对植物造成伤害。但植物也具有一些抗性机制来削除或减轻这种伤害，以使植物还能够生长。主要途径为：

（1）阻止重金属进入体内

许多植物根部具有某种“避”的机制，可以使根系周围大量重金属离子被阻止在根部，阻止重金属进入根内并向地上部位运输，从而使植物免受伤害或减轻伤害。137植物对重金属的抗性机制46

其避性机理一方面在于植物根分泌的有机酸等物质，改变了根际圈pH值及氧化还原电位梯度，降低重金属的生物可利用性。另一方面，可能在于菌根真菌对重金属的屏障作用。一般认为，植物对重金属的这种阻碍机制是普遍存在的，但当污染水平超过某一临界值时，这种抵御能力就会失去作用，植物仍然会受伤害。138其避性机理一方面在于植物根分泌的有机酸等物质，改变了（2）将重金属排出体外进入植物体内的重金属也可以通过某些机制被排出体外，从而达到解毒的目的。其排出体外的主要途径是排放，也可以通过衰老的方式如分泌一些脱落酸促进老叶或受毒害叶片脱落等作用把重金属排出体外。139（3）对重金属的活性钝化

植物还可以通过将积累在体内的重金属沉积在细胞壁等生理活性较弱区域，以此来阻止重金属对细胞内溶物的伤害。近年来的研究证实，许多植物将重金属累积在液泡，这种区域化作用将重金属与细胞内其他物质隔离开来。（2）将重金属排出体外48（3）对重金属的活性钝化140蜈蚣草的毛状体对砷具有特殊的富集能力，羽片胞液是砷的主要储存部位，对砷具有明显的区域化作用，砷毒因此被“密封”在蜈蚣草体内的安全部位，不会影响植物的整体生长发育。49蜈蚣草的毛状体对砷具