螯合剂在污染土壤植物修复中的应用

PAGE306螯合剂在污染土壤植物修复中的应用PAGE305基金项目：中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程开放实验室资助项目（2000-5）作者简介：李玉红（1976－），女，硕士研究生，从事重金属污染土壤的植物修复研究。E-mail:HYPERLINKmailto:njlyhong@263.netnjlyhong@263.net收稿日期：2001-11-05螯合剂在污染土壤植物修复中的应用摘要：向土壤中施加螯合剂可有效提高植物修复效率。根据螯合剂的作用原理，文章着重阐述了螯合剂施用后对污染土壤中重金属的活化、植物吸收和体内转移的影响，并对使用螯合剂的环境风险和今后的研究方向作了简要的讨论。关键词：螯合剂；土壤重金属；植物修复；环境风险中图分类号：X53文献标识码：A土壤重金属污染是当前日益严重和亟待解决的环境问题之一。但由于重金属在土壤中存在的复杂性，重金属污染土壤的治理一直是国际上研究的难点和热点。科学家们经过多年的努力，探索出了一种新的绿色环境净化技术——植物修复。所谓植物修复就是利用植物（尤其是超积累植物）吸收、富集、降解或固定污染土壤中重金属离子或其它污染物，以实现消除或降低污染程度，修复环境的综合环境生物技术[1]。根据其作用过程和机理，重金属污染土壤的植物修复技术主要包括3种类型：（1）植物提取（phytoextraction）；（2）植物挥发（phytovolatilization）；（3）植物稳定（phyto－stabilization）[2]。其中植物提取更具有永久性和广域性的特点而成为当前最有发展前途的植物修复方法。但植物提取的成功与否还依赖于重金属在土壤中的生物有效性。而大部分重金属在土壤中的生物活性较低，能够直接被植物利用的部分很少。例如，pH5.5~7.5时，Pb2+在土壤溶液中的最大活度约为10-8.5，相当于0.6gkg-1[3]，大大限制了植物的吸收。研究表明，向土壤中施加螯合剂（如EDTA、DTPA、EGTA、柠檬酸等）能够活化土壤中的重金属，提高重金属的生物有效性，促进植物吸收[4~6]。这种将螯合剂用于植物修复的技术被称为螯合诱导修复技术（Chelate-inducedphytoextra1螯合剂对土壤中重金属的活化螯合剂对土壤中重金属的活化作用是螯合剂应用于植物修复的关键所在。螯合剂的活化作用主要是通过螯合剂与土壤溶液中的重金属离子结合，降低土壤液相中的金属离子浓度，为维持金属离子在液相和固相之间的平衡，重金属从土壤颗粒表面解吸，由不溶态转化为可溶态，为植物的吸收创造有利条件。目前常用的螯合剂主要有两种类型：一类是人工合成的螯合剂，如EDTA、DTPA、EGTA、CDTA；另一类是天然的螯合剂，主要是一些低分子有机酸，如柠檬酸、草酸、酒石酸等。其中以人工合成的螯合剂因具有较强的活化能力而被广泛应用。Huang等研究表明，螯合剂HEDTA、EDTA、DTPA、EGTA、EDDHA等对污染土壤中的铅具有较强的活化能力，螯合剂施加到土壤中后铅的溶解度显著提高。以HEDTA为例，在HEDTA施加量为2.0gkg-1时，土壤溶液中铅的浓度由3.5mgL-1增加到4000mgL-1，提高1000倍左右。但不同螯合剂对铅的活化能力不同，其强弱顺序为EDTA＞HEDTA＞DTPA＞EGTA＞EDDHA[7]。螯合剂不但能活化铅，对其它重金属如Cu、Zn、Cd、Ni等也有很强的活化能力。Stanhope等研究表明，随着EDTA浓度的增加，土壤中Cu、Zn、Cd、Pb、Ni可溶态重金属的含量占总重金属含量的比例呈线形提高[8]。吴龙华等也发现，在印度芥菜收获前10d，向Cu污染的根际土壤中加入EDTA（3.15mmolkg-1）后，水溶态Cu由对照土壤的0.18mgkg-1增加到22.5mgkg-1，增加幅度达125倍；土壤交换态也增加10.9倍[9]。除人工合成的螯合剂外，一些天然的螯合剂也能活化土壤中的重金属，但其活化能力相对较弱。吴龙华等试验表明，向土壤中加入柠檬酸和苹果酸，土壤中水溶态Cu的含量有所提高，但交换态Cu没有影响。而加入EDTA不但显著增加了水溶态Cu的含量，也明显提高了交换态Cu的含量[10]。杨仁斌等利用不同的有机酸（柠檬酸、酒石酸、草酸、天冬氨酸、谷氨酸）研究其对铅锌尾矿中重金属（Cu、Zn、Cd、Pb）的活化效应发现，低浓度的有机酸对重金属的活化不大，只有在高浓度（16mmolL-1）条件下才对土壤中的重金属有较强的活化能力[11]。不同螯合剂对土壤中重金属的活化能力因不同的重金属元素而异。如EDTA对铅的活化能力最强[7]，而EGTA对镉的活化能力最强[3]，但两者对U的活化能力较弱，而柠檬酸对U有很强的活化能力。向U污染土壤中加入20mmolkg-1的柠檬酸，土壤溶液中U的浓度由1.2mg·L-1增加到240mgL-1，提高了200倍[12]。因此，螯合剂用于植物修复要根据不同重金属元素选择合适的螯合剂是很重要的。2螯合剂对植物吸收土壤重金属及体内转移的影响螯合剂通过与土壤中的重金属络合，提高了重金属在土壤溶液中的溶解度，但络合后的重金属能否被植物吸收一直是个有争议的问题。Marschner认为植物的根不能吸收合成的螯合剂及其金属络合物[13]。而Vassil等通过水培试验发现，经Pb和EDTA处理的印度芥菜，其地上部分能同时积累EDTA和Pb，且以Pb-EDTA的形式向上运输，植物体内EDTA与Pb的比例关系为1∶0.67[14]。该作者认为Pb-EDTA能够被植物所吸收。Epstein后来的土培试验也得出了相似的结论[15]。Deram等研究也表明，向土壤中加入EDTA能显著提高Arrhena-therumelatius对Cu、Co和Ni的的积累，其中Cu的浓度由对照的200mgkg-1增加到7500mgkg-1，Co由40mgkg-1增加到175mgkg-1，Ni由8mgkg-1增加到1276mgkg-1[16]。Blaylock等研究了不同的螯合剂EDTA、DTPA、EGTA、CDTA、柠檬酸等对印度芥菜（Brassiajuncea）吸收Pb和Cd的影响发现，施加螯合剂后，地上部分铅、镉的浓度显著提高，其中以EDTA和DTPA对铅的吸收影响最大。在含Pb600mgkg-1的污染土壤中，加入10mmolkg-1的EDTA和DTPA，地上部分Pb的积累分别达1.6%和1.0%[3]。而EGTA对Cd最有效，向土壤中加入10mmolkg-1的EGTA，Cd在地上部分的积累达2800mgkg-1，是对照的13倍[3]。而且Blaylock等还发现，土壤酸化与施加螯合剂相结合可显著提高Pb的吸收效率。将乙酸和EDTA同时施入pH8.3含Pb1200mgkg-1的Pb污染土壤后，印度芥菜植物地上部分Pb的浓度从对照的28mgkg-1增加到1471mgkg-1[3]。Huang等也证实了柠檬酸比柠檬酸盐更能促进印度芥菜对U的吸收和转移[12]。螯合剂不但能提高富集植物对重金属的积累，对一般作物也有同样的效果。Huang等以豌豆和玉米作为修复植物来研究不同螯合剂（EDTA、HEDTA、DTPA、EGTA、EDDHA）对植物吸收铅的影响，与Blaylock等的结果相一致，EDTA对铅的活化和吸收效果最好。在含Pb2500mgkg-1污染土壤上加入0.5gkg-1EDTA，豌豆和玉米地上部分的铅含量显著提高，其中豌豆地上部分Pb的浓度由对照的50mgkg-1增加到11000mgkg-1。不同螯合剂对豌豆和玉米吸收铅的效果为EDTA＞HEDTA＞DTPA＞EGTA＞EDDHA[7天然螯合剂在植物修复中的应用较少，这可能与其络合能力较弱有关。但对某些元素，使用天然螯合剂却有意想不到的效果。Huang等研究发现，向U污染土壤中加入20mmolL-1的柠檬酸，3d后，印度芥菜地上部分U的浓度提高了1000多倍[12]。而且柠檬酸容易降解，不会造成残留毒性，使用更安全。然而，并不是所有的植物施加螯合剂后对重金属的吸收都会增加。不同植物对螯合剂的反应可能不同。Ebbs等研究表明，向Zn污染的土壤中加入EDTA虽然能大幅度的提高土壤溶液中Zn的浓度，显著增加印度芥菜（Brassiajuncea）吸收Zn的能力，但对燕麦（Avenasativa）和大麦（Hordeumvugare）没有影响[17]。在溶液培养中加入EDTA和DTPA可显著降低超积累植物T.caerulescens对Zn、Cu、Mn的吸收[18]。张敬锁等也发现，向土壤中加入EDTA并不能增加水稻和小麦对Cd的吸收，反而有所降低[29~20]。不同植物对螯合剂反应的这种差异性反映了不同植物对重金属吸收的机理不同，也可能与植物的基因差别有关，其机理尚有待进一步研究。施加螯合剂不但提高了某些植物对重金属的吸收，更重要的是促进了重金属向地上部分的转移。这对植物修复的成功是非常有利的，因为植物修复主要是通过收割地上部分来进行。Huang等研究表明，在没有EDTA施用情况下，豌豆和玉米中铅从根向地上部分的转移低于30%，加入0.5gkg-1的HEDTA后，豌豆和玉米中铅的转移分别提高到88%和72%。如果继续增加HEDTA的浓度，铅的转移还会有所提高[7]。而且Huang还发现向铅污染土壤中加入EDTA（1.0gkg-1）后24h后，Pb在玉米木质液中的浓度提高了140倍，与对照相比，Pb从根向枝干部分的净转移提高了120倍[3螯合剂使用的环境风险螯合剂用于植物修复，提高了植物修复的效率。但螯合剂使用后所存在的潜在问题也不容忽视。首先，螯合剂活化了土壤中的重金属，增加了重金属在土壤中的移动性，在降水或灌溉条件下，重金属向下迁移或随水流失可能会导致重金属对地表和地下水的污染。吴龙华等试验表明，螯合剂对土壤重金属的活化主要在螯合剂使用的初期，随着时间的延长，重金属在土壤溶液中的浓度迅速降低，与EDTA的变化趋势向一致[21]。吴龙华等利用TOC的动态变化来指示土壤溶液中EDTA的变化，发现EDTA的消解规律符合指数方程：TOC（mg/L）=601.4e-0.0603t，式中t为施用EDTA后的天数[21]。同时淋洗试验也表明，因螯合剂引起重金属淋溶的关键时期在螯合剂使用的前期，随着淋洗量的增加，重金属的淋失量显著降低[22]。可见，防止重金属淋溶的关键时期应在螯合剂施用后的初期。其次，目前所使用的螯合剂基本上都是非专性的，螯合剂在活化重金属的同时也活化了土壤中的其它微量元素，如Fe、Mn、Ca、Mg等，使这些元素的淋失量增加，有可能导致植物营养缺乏。因此，为减少螯合剂施用后重金属及微量元素的淋溶和迁移，螯合剂的施用应尽可能集中在根际，并避免在降水期间施用，施用后几天避免灌溉和引起径流。除此之外，土壤中重金属被活化后对植物生长的胁迫作用，螯合剂的残留和降解，外来品种的引进对本地生态系统的影响以及通过食草动物对食物链的污染等都是值得考虑的因素[23]。因此在选用螯合剂时，要对螯合剂的使用风险作出评价，以免因使用不当而造成对生态环境的不良影响。4展望螯合剂的应用在一定程度上解决了重金属在土壤中因被强烈吸附而不能被植物吸收利用的问题。但目前使用的螯合剂又有一定的风险性。因此有必要研究开发新的螯合剂来克服当前螯合剂的使用风险。也可以根据络合物的不同结构和基团筛选某一金属元素的专性螯合剂[24]。理想的螯合剂应具有以下特点：（1）专一性络合靶金属；（2）促进植物对重金属的吸收和转移；（3）降解快，无残留毒性。尽管螯合剂诱导了某些植物对重金属的吸收和转移，但对植物吸收的机理和重金属在植物体内的转移途径和方式目前还不清楚，有待进一步研究。同时由于螯合剂的诱导效应使得高生物量作物用于植物修复成为可能，从而解决了大多数超积累植物因生长缓慢、生物量低，难以进行机械化操作而限制了在实际生产中应用的缺陷。但高生物量作物一般对重金属比较敏感，如何提高高生物量作物对重金属的耐性将是需要解决的问题之一。而现代遗传技术和分子生物学的发展为这一问题的解决提供了希望。将高生物量作物和超积累植物之间的体细胞杂交或通过生物技术和基因工程的方法直接将超积累植物的忍耐和积累基因转移到高生物量作物上，可以实现两种性能的结合。如将超富集植物Thlaspicaerulescens和年生物量高的Brassicajuncea进行杂交，所获得的杂种既有较高的生物量，对重金属又有较强的抗性[1]。美国基因工程专家从E.coli细菌中提取金属的忍耐基因转移到Arabidopsisthaliana植物体内，使Arabidopsisthaliana的抗汞能力提高了10倍[25]。因此随着现代分子生物技术日新月异的发展，适应各种需求的转基因植物将会诞生，必将为植物修复的发展开辟了广阔的应用前景。参考文献：范昌发，贾敬芬.植物整治研究现状[J].环境科学进展，1999，7（5）：107-112. 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宝贝计划专卖店创业计划书企业名称：__宝贝计划婴儿用品专卖店创业者姓名：_________________________________________日期：__________________________________________通信地址：_________________________________________邮政编码：__________________________________________电话：____________________________________________传真：__________________________________________电子邮件：__________________________________________目录一、项目介绍------------------------------------3二、市场分析------------------------------------3三、成本预算------------------------------------3四、盈利状况------------------------------------4五、市场风险预测----------------------------------4六、人员机构配置----------------------------------5七、市场营销策略----------------------------------5宝贝计划婴儿用品专卖店计划书项目介绍：项目名称：宝贝计划婴儿用品专卖店经营范围：以出租和出售婴幼儿童车、童床、儿童玩具、婴儿日常用品和孕前孕后的孕妇培训为主，兼做婴儿游泳馆和家政服务信息等。项目投资：10—14万元回收成本期限：15个月（预计）样板店地址：桂林市兴安县（具体地址待定）项目概况：先组建宝贝计划婴儿用品总店，在此基础上，创办一个以片为依托的婴儿用品连锁店。企业宗旨：一切为了宝贝计划。二、市场分析：(一)市场需求分析：1、玩具是孩子的天使，孩子是父母的心肝宝贝。父母对自己孩子的投入是心甘情愿的，但由于各种原因，又不能完全满足孩子对玩具的占有欲望。同时，由于孩子的天性，对玩具喜新厌旧，一个几百元的玩具玩几天就不感兴趣了。而市场上层出不穷的高价玩具，都是孩子永不满足的需求，这样促使了儿童玩具出租行业的萌芽和发展。比如婴幼儿大都需要童车，低档童车价格大约在60—100元，中档童车价格大约在150～300元之间，高档一点的在500元以上，而一部质量较好的童车起码可以用三五年，家庭购买的童车平均使用期为一年左右，不买童车不行，买吧，用完后又很难处理，而且又浪费，所以本店的特色是——既可以出租而可以出售的方法。相似的用品不仅仅局限于童车童床，还有学步车等等。如果开一间婴幼儿童童车童床出租出售店，可以给消费一般的家庭带来实惠，生意肯定兴隆。2、孕前孕后培训也是一个新兴的行业，据市场调查，在此之前没有任何商家以店的形式对准爸爸和准妈妈进行。因为现在的准妈妈准爸爸无法科学的照顾自己的孩子和孕妇，通过培训后，使其能够正确的操作。(二)目标群体分析：儿童车、童床、婴儿日常用品0～2岁的婴儿。由于出售的儿童车、童床、婴儿日常用品品种繁多，档次繁多，适合于各种不同层次的家庭孩子。选择在县级以上城市开店，可以说明该城市的人均家庭状况一般在小康水平或小康水平以上，对出租玩具的承受能力均没有任何问题。孕妇的孕前孕后培训主要是针对现在准妈妈准爸爸开设的课程，主要是产前的身体锻炼，饮食合理搭配及科学的锻炼；产后的小孩护理及营养搭配，常见的小孩注意事项等方面知识，让准妈妈准爸爸们科学的呵护自己的小孩。(三)竞争对手的分析：目前兴安县出售出租婴幼儿童车、童床、儿童玩具、婴儿日常用品为一体的公司或店铺寥寥无几，现在的店一本是单一性的，不是集中为一体的，而且这样做也是一个新兴的行业，我们应该有一种先人为主的优势，特别由总店然后发展成一片区为分店的一家连锁店。三、成本预算(一)样板店的成本预算15000元样板店启动资金大约在7万元左右，具体安排：(1)办理工商、税务登记等费用：200元(2)店铺租金及押金：9000元(3)装修：20000元(4)工资(1个月)：8000元(5)购买产品及维修保养费用：50000元(6)咨询顾问及资料费：5000元(7)公司其他开支：10000元(水费、电费、管理费、卫生费及流动资金得等)总计：12000元左右（估计）注：总预算里面还包括员工的首期上岗培训费用。四、盈利状况(一)、连锁总店业务收入来源：A、出售婴幼儿童车、童床、儿童玩具、婴儿日常用品。现在很大部分的家庭里面只有一个小孩，不管是男孩还是女孩，都是家长们的掌上明珠，家长们都舍得为自己的子女花钱，针对这一现象，本店采取了出售其婴幼儿童车、童床、儿童玩具、婴儿日常用品，来满足每一个小孩家庭的需求，相对这样出租婴幼儿童车、童床、儿童玩具来说，这样显得奢侈，但是很多家长为了孩子，还是舍得花钱。B、出租婴幼儿童车、童床。现在很多家庭出生的小孩只有一个，如果购买一个童车或者童床势必会造成浪费，本店将为准妈妈们准备了童车童床的出租，这样相对来说，就要节省一点开支，这也是资源的合理利用。C、孕前孕后的孕妇培训。现在的准妈妈准爸爸对孕前的营养饮食搭配、孕前的护理和孕后的营养饮食搭配、小孩的照顾等各方面的培训，培训费是按每节课多少钱来计算，顾客如果使用会员卡，可享受月底结算和打折优惠的特权。D、婴儿游泳馆。婴儿游泳是国内兴起的一个行业，在国外非常常见。因为婴儿在游泳时，可以对其全身的肌肉关节韧带均得到运动，心理放松，神情喜悦，运动所带来的外周刺激反馈至大脑皮层，对脑神经的发育有着良好的作用。E、家政服务信息。本店与当地的家政信息公司进行合作，为各位需要家政服务的家庭提供家政信息服务，盈利在于与家政公司合作的提成。（二）、连锁店业务收入的次要来源：A、本里本店的会员卡是本店次要收入来源，会员卡有效期为1年，然后经过续费后，方可继续使用，会员卡办理卡费是20元，续费费是10元，本卡将采取实行实名制，实行一卡专用。B、赔偿金收入(因顾客归还玩具时，有些玩具可能会由于关键部位的断裂，重要配件的丢失损坏等原因，按照我们的赔偿比例表，按比例赔偿)。五、市场风险预测：(一)竞争者的出现，是本店主要的市场风险当一个项目被发现巨大市场空间时，必会引来竞争者，为了能让企业在市场中生存和壮大，因此在推出玩具出租加盟样板店时，要实行五个统一的管理模式(即统一形象设计，统一宣传资料，统一会员卡销售，统一营销管理，统一售后服务)建立自身的品牌。提高服务质量和准确掌握市场行情也是增强竞争力等办法。(二)玩具、童车、童床是对儿童的伤害最大，是本行业的最大风险所在。为了避免此类风险，可采取以下三种方法：(1)进货渠道严格把关，明确与进货商或厂家的责任关系。(2)向小孩和家长详细说明玩具的使用说明；(3)明确与被租方的责任关系。(三)对玩具损害程度的鉴定，是处理客户关系的一大风险必须从日常的经验和生产