植物修復技術理論研究進展

曹　宇　柴振光　宋曉峰

摘要 植物修復技術是指利用綠色植物及其根際微生物治理環境的技術，近年來得到了廣泛應用。概述了植物修復技術的機理，并討論了植物修復技術的前景。

關鍵詞 植物修復；凈化；生物治理

中圖分類號 Q949.9 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2009）07-0245-01

利用綠色植物吸收、聚集、降解、固定環境中的污染物從而減少或減輕污染物毒性的技術稱為植物修復技術[1]。植物系統通過對工業污染物進行穩定、提取、降解、揮發等生物反應過程處理污染物。這項技術在處理污染物的同時并不對環境造成破壞，因此過去10年來被認為是一種處理環境污染有效的方法。筆者將介紹最近幾年來植物修復技術理論的最新研究進展及其發展方向。最后，討論了包括基因工程在內的新的植物修復技術的發展前景。

1 環境污染物來源

1.1 有機污染物來源

環境中的有機污染物大多數是人類制造的，比如藥物、殺蟲劑等。有機污染物可以通過軍事活動（爆炸物、化學武器）、農業（農藥、除草劑）、工業（化學、石化）等方式污染到自然環境。根據這些有機污染物的性質，它們可以被植物的根吸收，然后進行降解、隔離或揮發來進行處理。現在可以成功地被降解的有機物，包括有機溶劑，如TCE[2]（最常見地下水的污染物）；除草劑，如莠去津；爆炸物，如TNT炸藥；石油烴，如石油、汽油、苯、甲苯和多環芳烴；燃料添加劑以及多氯聯苯（PCB）。

1.2 無機污染物來源

無機污染物的來源主要是地殼中的元素或大氣活動，還有人類活動，如采礦、工業、交通、農業和軍事活動等也會使其釋放到環境中產生環境污染。無機污染物不能被降解，但它們可以通過植物的組織來穩定或螯合進行吸收。無機污染物，可被吸收的包括植物營養素，如硝酸鹽和磷酸鹽；植物微量元素，如鉻、銅、鐵、錳、鉬、鋅[3]；非必需元素，如鎘、鈷、汞、硒、鉛、釩；以及放射性同位素，如鈾238、銫137等。

2 植物修復技術

2.1 植物修復技術的應用范圍

植物修復技術可作用于固態、氣態和液態的污染物。受污染的土壤修復包括軍事設備（TNT炸藥、金屬、有機物）、農業領域（除草劑、殺蟲劑、金屬、硒）、工業用地（有機物、重金屬、砷）等。污染水域的修復包括污水處理和城市污水（金屬）、農業污水的排放（化肥養分、重金屬、砷、硒、硼、有機農藥、除草劑）、工業廢水（金屬、硒）垃圾滲濾液、礦井水（金屬）和地下水的污染（有機物、重金屬）。植物也可以用于過濾室內和室外的空氣，如二氧化硫、臭氧、二氧化碳、神經毒氣、粉塵或煙塵顆粒等。

2.2 植物修復技術的優勢

在過去10年里，植物修復技術由于其成本低廉，已經在政府機構和工業界得到了普及。在美國，每年用于環境整治費用達到6~8億美元，而每年世界各地費用在25~50億美元[4]。目前，在美國以土壤挖掘、土壤的淋洗或焚燒的工程技術方式為基礎的處理方法要比植物修復技術的成本高10倍。因此，植物修復技術可以作為“綠色清潔工”替代化工廠和推土機，減少成本開支。而且植物修復技術也可以成為發展中國家治理環境污染不錯的選擇。

2.3 植物修復技術的制約

植物修復技術存在一定的制約。比如植物必須生在受到污染的地方，才可以進行環境修復。因此，污染土地的土壤理化性質、毒性水平、氣候都應該適合植物的生長。而植物修復對于植物根的深度也有限制，因為植物必須能夠接觸到污染物才可以進行修復。植物修復處理的時間隨著污染物的不同也不一樣，如植物降解處理污染物的進度較快（幾天或幾個月），但通過土壤凈化的積累往往需要幾年時間，限制了適用性。植物修復也可能受到生物利用度的限制，有時由于污染物的復雜性，往往需要采取不同的植物修復技術相結合進行綜合治理。

3 植物修復技術的應用

植物及其根際微生物可以通過不同方式進行植物修復。它們可以用作構建過濾器、人工濕地或溶液培養裝置，后者被稱為根際過濾。植物還可以在它們的組織中積累污染物，并用來提取物污染物，這項技術被稱為植物提取技術。提取的植物材料可被用于非食品用途（例如木材、紙板）。其次是處理垃圾填埋場或貴重金屬的回收，這被稱為礦物提取技術。植物可以通過在根際周圍的微生物促進有機污染物的生物降解。即所謂的植物刺激或根際過濾。植物還可以直接通過自己的酶活動降解有機污染物，這個過程被稱為植物降解。某些污染物在植物組織中被吸收后可以易揮發的形式離開植物，即所謂的植物揮發。這些不同的植物修復技術并不是相互排斥的，例如，在構建濕地時，植物積累、穩定和揮發可以同時起作用。因為在這個過程中，植物會在沒有人為因素的干擾下自發地進行對環境的修復。即固有衰減，是一種最簡單的植物修復形式。如上所述，不同的植物修復技術適合不同類別的污染物，構建濕地這種方法已經廣泛地適用于無機物，包括金屬、硒、高氯酸鹽、氰化物、硝酸鹽、磷酸鹽以及一些有機物，如炸藥和滅草劑等。室內的根際過濾技術由于設備相對昂貴，而這種技術相對于有害物質含量較小的無機物廢水處理比較適用。

4 展望

在過去的10年里，隨著植物分子生物學的發展，使轉基因技術逐漸成熟，轉基因植物表現出了對于各種污染物更高的抗性、積聚和降解能力。未來幾年里，擬南芥和水稻的基因測序和新的基因技術的利用使轉基因技術促進了植物修復技術的提高。雖然目前對植物及其相關微生物對于污染物處理的機制研究取得了不錯的成果，但由于植物及其微生物相互作用的許多基本過程還是未知的，需要在相關的領域做更進一步的研究[5]。

5 參考文獻

[1] 唐世榮.污染環境植物修復的原理與方法[M].北京：北京科學出版社，2006.

[2] NEWMAN LA，STRAND SE，CHOE N.Uptake and biotransformation of trichloroethylene by hybrid poplars[J].Environ. Sci. Technol，1997（31）：1062-1067.

[3] LYTLE CM，LYTLE FW，YANG N，et al. Reduction of Cr（VI） to Cr（III） by wetland plants：potential for in situ heavy metal detoxification[J].Environ. Sci. Technol，1998（32）：3087-3093.

[4] LIN Z-Q，SCHEMENAUER RS，CERVINKA V，et al. Selenium Vola-tilization from a soil-plant system for the remediation of contaminated water and soil in the San Joaquin Valley[J]. J.Environ Qual，2000（29）：1048-1056.

[5] PILON-SMITS EAH. Phytoremediation[J].Annu Rev Plant Biol，2005（56）：15-39.