土壤重金属污染的植物修复研究院系:生命科技学院专业：农学班级：农学101姓名：刘忠臣学号：20100114103完成日期：2012-12-29目录摘要 (3)关键词 (3)引言 (4)第1章土壤重金属污染的植物修复概念及特点 (5)1.1 植物修复法定义 (5)1.2 植物修复技术的特点 (6)第2章超积累植物及其概念 (6)第3章重金属污染的植物修复机理 (7)3.1 植物根系对重金属的吸收 (7)3.2 重金属由根系向地上部的迁移 (8)3.3 植物地上部重金属的积累 (8)第4章提高植物对土壤重金属修复的措施 (9)4.1 调节土壤pH (9)4.2 添加螯合剂等添加剂，提高重金属的生物可利用率 (9)4.3 施加植物营养，促进植物对重金属的吸收 (10)第5章结论 (10)参考文献 (10)摘要：土壤重金属污染越来越严重，对环境安全和农业可持续发展构成了严重威胁。
所以，对土壤重金属污染的修复刻不容缓，世界各地的科学家对此的研究也越来越深入。
其中，土壤重金属污染的植物修复以其独特的优点越来越受关注。
科学家对土壤重金属污染的植物修复技术研究也越来深入，其配套技术也越来越完善。
本篇论文主要对土壤重金属污染的植物修复做完整的介绍，并对其技术特点及应用做了详细的描述。
对土壤重金属有超积累现象的植物的寻找与培育是今后对土壤重金属污染的植物修复研究的重中之重。
关键词：重金属污染植物修复超积累植物引言土壤重金属以其特殊化学性质，对环境污染的持久性以及强烈的生物毒性，一直被世界各国环境科学工作者作为研究的重点。
近几十年来，由于农药和化肥的大量使用、废水或污水灌溉、工业废渣与垃圾填埋渗漏和大气沉降等，造成土壤重金属污染日趋严重。
土壤重金属污染，改变土壤化学组成，直接或间接地破坏土壤的生态结构，通过土壤—作物系统迁移积累，进而影响农产品安全乃至人体健康。
据估算，我国重金属污染的土壤约3亿亩，占耕地总面积的1/6左右，每年因重金属污染的粮食高达数百万吨。
土壤重金属污染问题以对我国环境安全和农业可持续发展构成严重威胁，亟须解决。
对于土壤重金属污染的修复方法主要有植物修复技术、工程措施、热解吸法、玻璃化技术、电动修复、电热修复/电磁法修复、土壤淋洗、土壤固化技术、有机质改良法、重金属拮抗作用、微生物修复技术、农业生态修复、联合修复技术。
本文主要研究植物修复技术。
土壤重金属污染和防治一直是国际上的难点和热点研究课题。
当前，主要的土壤修复技术包括工程治理、化学治理、农业治理和生物治理等四种措施，其中植物修复技术，因其具有效果好、投资省、费用低、二次污染小等优点，被誉为绿色修复技术，日益受到人们的重视，成为污染土壤修复研究的热点。
随着城市化、工业化的进程加速，土壤重金属污染不断加剧。
重金属污染已成为全球面临的最大的环境问题，2011年全国环境保护工作会议中明确提出，重金属污染是“十一五”凸显的重大环境问题，国务院已经批复《重金属污染综合防治“十二五”规划》，重金属污染综合防治列为环境保护的头等大事，力争到2015年，进一步优化涉重金属产业的结构，完善重金属污染防治体系、事故应急体系及环境与健康风险评估体系。
可见，重金属污染的防治将是未来我国环境保护工作的重点。
植物修复技术是重金属污染治理的重要手段。
第1章土壤重金属污染的植物修复概念及特点1.1 植物修复法定义在英文中，植物修复一词为“phytoremediation”，它由希腊词“phyton”（植物）和拉丁词“remediare”（修复）两词合成，言下之意即污染土壤的植物修复是一种利用自然生长植物或者遗传工程培育植物修复金属污染土壤环境的技术总称。
它通过植物系统及其根际微生物群落来移去、挥发、稳定土壤环境污染物的方法，是植物、土壤和根际微生物相互作用的综合效果。
根据所需修复土壤的物理、化学和生物特点、污染程度、污染物理化性质、所要求达到的净化指标和期限，以及植物对重金属的吸收积累能力、生长量等来选择所需植物品种，再根据不同种类植物的生长特性，在立体布局和生产季节上进行搭配，构建一稳定的土壤净化生态系统，收获后的植物经干燥、灰化处理，回收重金属，从而达到永久去除重金属污染的目的。
植物修复的本质是通过植物光合作用，将分散在土壤和水介质中的污染物泵吸出来，转移到植物地上茎叶部位，最后通过收获物提取作用（Phytoextraction），即植物对重金属的吸；植物挥发作用（Phytovolatilization），即利用土壤中的某些重金属（例如 Hg）转化成气态（Hg0）而挥发出来；根据滤除作用（Pdaizotriltmtion），即利用植物根孔通过水流移出土壤中重金属；植物稳定化作用（Phytostabilization），即利用植物将土壤重金属转变成无毒或毒性较低的形态（生物无效态），但并未从土壤中真正去除它（又称作原位改良）。
一般用于植物修复技术中的植物应具备以下性质：能忍耐高水平的重金属；在可收获部分能积累高水平的重金属；生长速率高；田间的生物量大；具有发达的根系组织。
植物修复技术是以植物忍耐和超量积累某种或者某些污染物的（包括重金属污染）的理论为基础，利用植物及其共存微生物体系清除环境中污染物的一门环境治理技术【3】。
1.2 植物修复技术的特点植物修复是生物污染工程中一个非常独特的治理技术，与物理的、化学的和微生物的处理技术相比，有其独特的优点；但同时植物修复技术本身及发展过程中也存在一些问题，需要进一步研究解决。
植物修复技术的优缺点具体见表1-1表1-1 植物修复技术的优缺点第2章超积累植物及其概念1583年植物学家Cesalpino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，这是有关超积累物（Hyperaccumulator）的最早报道。
植物可通过根部直接吸收水溶性重金属。
1814年，Desvaux 将其命名为Alyssum bertolonii，1848年，Minguzzi和Vergnano首次测定该植物叶片中含Ni量达7900mg·kg-1；1977年，Brooks超富集植物的概念，是指那些超量地累积某种或者某些化学元素的野生植物。
1983年，Chaney提出了利用超富集植物清除土境中重金属污染的思路，即植物修复。
英国Sheffield 大学的Baker提出，超富集植物具有清洁念金属污染土壤和实现金属生物回收的实际可能性，而且这种植物具有与一般植物不同的生理特性。
超富热植物是能超量吸收重金属并能将其运移到地上部的植物，也称为超积累植物或超富集体。
通常情况下，超富集植物的界定上主要考虑以个三个因素：能够忍耐较高浓度重金属的毒害；植物地上部富集的重金属要达到一定的量，一般累积某种重余属的能力较普通作物高出10~500倍；植物地上部的重金属含量高于根部。
目前采来用较多的是Baker和Brooks 1983年提出的参考值：把植物叶上部分（干重）中Cd含量达到100mg·kg-1，Co、Cu、Ni、Pb含量达到1 000mg·kg-1，Mn、Zn含量达到10 000mg·kg-1以上的植物称为超富集植物；同时这些植物还应满足S/R>1的条件（S和R分别指植物地上部和根部重重金属的含量）。
超积累植物修复技术是一种利用太阳能，不产生二次污染的新兴绿色生物技术，能在不破坏土壤生态环境、保持土壤结构和微生物活性的情况下，通过植物的根系直接将大量的重金属元素吸收，从而修复被污染的土壤。
现已发现先As、Cd、Co、Cu、Mn、Ni、Pb、Se和Zn 等元素的超积累植物达700种，但几乎半数以上属于Ni超积累植物【4】。
重金属的超积累植物可分为两类：一类是超耐性植物，它们能够超量吸收和积累重金属，而其生长又不会受到影响；另—类是营养型超积累植物，这类植物嗜好某些重金属元素，并以这些元素作为其自身生长的营养物质。
超积累植物一般是长期生长在重金属含量较高的土壤中经过不断的生物进化选择而形成的，或是通过遗传工程或基因工程培育、诱导而成的。
第3章重金属污染的植物修复机理植物修复重金属污染土壤的过程和机制涉及根系对重金属的吸收、重金属从根系向地上部的迁移以及重金属在地上部的积累三个过程。
3.1 植物根系对重金属的吸收从生理角度出发，根系对重金属的吸收可以分为离子的被动吸收和主动吸收。
离子的被动吸收包括扩散、离子交换、杜南平衡和蒸腾作用等，无需消耗代谢能；而离子的主动吸收可以逆梯度进行，这时必须由呼吸作用供给能量。
一般地，对非超积累植物来说，非复合态的自由离子是吸收的主要形态，在细胞原生质体中，重金属离子由于通过与有机酸、植物螯合肽的结合，使自由离子的浓度变得很低。
从热力学角度看无需主动运输系统参与离子的吸收，但是从离子如Zn吸收的动力学分析显示可能有载体调节运输。
特别是超积累植物，即使在外界重金属浓度很低时，其体内重金属的含量仍比普通植物高10倍甚至上百倍。
Lasat等（1996）报道，T.caerulescens对Zn的最大吸收速率是同属的非超积累植物T.arvense的4.5倍，而米氏常数Km 值没有显著差异，显示Zn的吸收主要受膜上的主动转运载体数量的控制。
进入植物体内的重金属元素对植物是一种胁迫因素，即使是超积累植物，其对重金属毒害也有耐受阀值，如当Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn的浓度分别为44umol·L-1、85 umol·L-1、19 umol·L-1、16 umol·L-1、182 umol·L-1、59 umol·L-1、97 umol·L-1和382 umol·L-1时，Tcaerulescens幼苗生长下降一半（Baker et al.，1994）【2】。
显然，植株对重金属吸收富集的前提应该是其具有耐受重金属的特性。
3.2 重金属由根系向地上部的迁移重金属离子被根系吸收后，由于受根膜选择性的限制，需要其他配体如有机酸、氨基酸等作为选择体才能进入根内部。
以Ni为例，在根膜的外表面，选择体与土壤溶液中的Ni2+结合，穿过根膜进入内表面，与转运体结合成三元化合物。
这种转运体可能是一种氧的供体。
进入木质部后，三元复合物释放出选择体，选择体又返回根表重复这一过程。
而转运体-Ni复合物通过木质部到达叶细胞后，穿过胞间连丝、细胞质、液泡膜进入液泡。
在液泡中，转运体与Ni分离，Ni与最终的接受体形成接受体-Ni复合物，并贮存在液泡中，不参与细胞的生理过程。
液泡膜必须对接受体-Ni是非透性的，而转运体-Ni释放Ni 后，转运体可以透过，它再通过细胞质和胞间连丝进入韧皮部，由此到达木质部和根系进行新的Ni的转运。