植物在環境污染治理中的應用

賈佳敏

（河北農業大學理工系，河北 滄州 061100）

目前，我國部分地區出現了不同程度的大氣污染、水污染及土壤污染，嚴重破壞了生態系統平衡，如何妥善處理這些環境問題已經成為人們關注的熱點問題。隨著社會對環境保護的重視以及研究人員對植物相關學科的研究，越來越多的人認識到植物作為一種綠色生物不僅可以美化環境，而且在環境污染治理中也能發揮積極作用。

1 植物在大氣污染治理中的應用

1.1 改善溫室效應

由于工業發展、人口數量增長及燃料燃燒等原因，很多地區空氣中CO2的含量遠遠高于環境標準限值，導致了嚴重的溫室效應。植物是一個巨大的碳庫，它不僅產生O2，而且還消耗大量的CO2。在調節O2和CO2濃度平衡方面發揮著重要作用。植物對全球氣候變暖的響應非常敏感，可以從不同角度反映氣候變化所帶來的影響。植物通過自身的光合作用平衡大氣中CO2和O2的含量（如圖1所示），從而減少溫室氣體的排放量。因此，植物響應CO2的研究意義重大。近年來，關于植物對CO2的吸收及其調控機制等問題已成為國際關注的熱點之一，但是目前國內外對植物響應CO2濃度變化的研究很少，而且現有文獻中有關植物對CO2的吸附機理的報導多集中在氣孔的移動方面，而非直接與葉片細胞之間的物質交換過程相關，這就使得人們對于光合系統內部的能量傳遞過程了解較少。

圖1 光合作用

1.2 去除粉塵污染

粉塵是大氣中主要的污染物質，植物尤其是樹木在阻擋、過濾、吸收灰塵方面具有明顯效果。它吸收灰塵微粒后，在其表面形成一層膜，防止灰塵粒子與其發生接觸，從而使灰塵無法進入植物內部。綠色植物能夠將吸收的粉塵轉化為O2，并通過氣孔進行呼吸，在一定條件下，綠色植物可以有效去除灰塵顆粒。例如：葉子可以吸收空中懸浮顆粒，樹干可以吸收灰塵，因此，植物也是一種高效的除塵工具。綠色植物由于其巨大的比表面積，能夠吸收灰塵，從而使風速減慢。植物葉片上生長著很多絨毛，它們可以“捉住”灰塵以凈化空氣，這些都為植物除塵提供了重要的理論依據。

淑敏[1]等研究了不同樹種的滯塵能力，各綠化樹種通過提高滲透調節物質的含量和抗氧化酶的活性來提高抗塵能力，植物的生理活動在滯塵前后發生了明顯變化。

1.3 去除硫酸霧

硫酸霧主要是由燃煤排放出的SO2、顆粒物以及由SO2氧化所形成的硫酸鹽顆粒物造成的大氣污染現象。在植物損傷閾值的臨界點，植物對硫化物特別敏感，硫化物可以直接影響到植物的抗逆性。植物具有很強的吸收能力和再生潛力，硫對環境的污染可以通過植物得以凈化。植物的吸收凈化能力與葉片結構有關，葉片有蠟質、革質或葉面密生絨毛的植物使污染氣體不能暢通地進入葉內，對植物吸收凈化效果產生較大影響。植物葉片表面積較大，對SO2具有很高的吸收率，植物吸收SO2時可將其還原成單質硫并釋放大量的O2，這些氧氣能促進植物生長，并提高作物產量和品質。植物吸收SO2后，會生成亞硫酸鹽。硫元素是植物蛋白質合成的重要組成成分，通常以硫化物或硫酸鹽的形式被吸收，通過凈化SO2而產生的亞硫酸鹽可以成為植物的營養物質。植物體內硫含量越高，其抗逆性越強，但含硫量低的植物也能有效降低SO2濃度。

文璐[2]研究了6種綠化植物對SO2的凈化能力，研究表明，在不同的SO2濃度環境下以及不同的綠色植物對SO2的凈化能力不同。

2 植物在水污染治理中的應用

2.1 凈化富營養化水體

富營養化水體是指水中含有大量的氮、磷等營養素所造成的環境污染，治理富營養化水體必須從改善水環境著手。在現有條件下，利用水生植物群落凈化水體具有明顯的優勢和潛力。水生植物對富營養化水體的凈化方式主要有四種：根系凈化吸收、促淤防蝕、水質凈化、抑制藻類生長。（1）根系凈化吸收是通過根際微生物活動使營養物質向根部運輸；（2）促淤防蝕的作用是通過固沙、吸附泥沙防止水流沖刷或改變水華暴發位置；（3）水質凈化作用是由于有機物分解產生出有益元素（如氮源），從而促進了水體營養狀態的恢復；（4）抑藻則是通過降低藻相組成以及提高透明度等手段達到控制藻類生長的目的。

伏桂仙[3]等研究了12種水生生物對水體的凈化效果，結果表明不同類型的水生植物都能凈化富營養化水體，但是沉水植物輪葉黑藻的凈化效果最明顯，挺水植物的凈化效果較低。

2.2 凈化黑臭水體

城市黑臭水體主要是由工業污廢水排放、畜禽養殖廢水排放以及生物體污染等原因造成的。相關人員主要根據氨氮含量、有機物含量以及溶解氧含量來評價水體的黑臭級別。植物具有較強的降解、吸附、過濾等功能，研究人員通過人工強化植物的生態修復作用，在治理黑臭水體方面取得了一定成果。水生植物治理黑臭水體的機理主要是植物直接吸收，根系對污染物進行吸附、過濾，通過與微生物形成共生系統降解污染物以及利用植物分泌的酶對污染物 進行降解、轉化從而去除污染物。但是目前植物治理黑臭水體還存在很多問題：如生物反應器凈化效果不穩定；沒有有針對性地篩選出適 合于不同類型水體的優良物種或菌株；缺乏完善的檢測體系和監測方法；植物種類單一，不能有效利用各種 資源等。

藕翔[4]研究了美人蕉、苦草、鳳眼蓮三種水生生物對不同級別黑臭水體的修復效果，與單一生態型水 生生物相比，這三種水生生物的組合具有更好的凈化效果。

3 植物在土壤污染治理中的應用

植物修復技術是一種高效、經濟、非破壞性的土壤凈化技術。植物修復技術可以針對土壤污染物中的重金屬、有機物，基于植物對特定污染物的耐受性，通過植物及其共生系統去除污染物。

根據植物對污染物的清除機理不同，植物修復技術可以分為植物提取、植物降解、植物固定和植物揮發（如圖2所示）四種技術形式。（1）植物提取是指植物將污染物質直接吸收后儲存在體內，然后轉移到地上部分，待作物收割后再進行處理；（2）植物降解利用微生物或其它酶系將污染物質降解為二氧化碳和水或無毒性的化合物；（3）植物固定是指植物根際分泌的一些物質，可以在與土壤的共同作用下，降低污染物活性并將其固定；（4）植物揮發技術是指植物將污染物質吸收到體內后，將其轉化為氣態物質并釋放到大氣中，植物揮發技術主要用于吸收含硒的非金屬元素，它通過吸收土壤中的硒，并將其轉化為二甲基二硒、二甲基硒，從而減少其對環境的污染。

圖2 植物修復技術的作用過程

3.1 修復重金屬污染土壤

目前植物提取技術、植物固定技術、植物揮發技術主要用于修復受重金屬污染的土壤。其中植物提取技術包括種子提取、根或根莖提取物提取；植物固定技術包括物理吸附、化學吸收和生物富集；植物揮發技術包括熱分解、微波加熱和超聲波處理等。王小平[5]等研究發現酸模能夠降低土壤中鉻、鉛的含量，有利于堿性耕地的修復。植物修復技術的核心是通過超積累植物對重金屬污染土壤進行修復，超積累植物吸收的重金屬含量是普通植物的100倍以上，具有良好的環境效應和經濟價值。近年來國內外對超積累植物進行了大量研究，目前已發現約400多種超積累植物，但是大多數都是鎳的超積累植物，其中，蜈蚣草對砷有超積累能力、東南景天對鋅有超積累能力、油菜對鉻有超積累能力。此外，一些超積累植物存在不同程度的毒性，例如紫莖澤蘭、馬齒莧、豬毛菜、小飛蓬以及苦苣苔科的百脈根和假虎耳等，這些有毒有害植物由于毒性強、難降解且不易種植等原因，限制了其應用范圍。因此，開發無毒高效的重金屬超積累植物受到越來越多研究人員的重視。

3.2 修復有機物質污染土壤

人們第一次使用植物來修復被有機物質污染的土地，是因為人們發現，在有植被的土壤中去除有機物質要比沒有植被的土壤快得多，由此研究者展開了更深入的研究。植物對有機污染物的消除方式是植物直接吸收污染物和利用根際微生物的降解作用。根系吸收有機物后，可以將其貯存在新的組織結構中或經揮發、代謝、礦化等過程，將其轉化為二氧化碳和水。植物根系分泌出大量的分泌物，其中酶對污染物降解起著重要作用，植物根際的生態環境對土壤中的有機物具有一定影響，它可以增強微生物的活性和數量，加快有機污染物質的降解。植物修復有機污染物質是當前國內外研究的熱點，但該項研究仍然面臨一些亟待解決的問題，研究人員應加強對植物修復有機物污染過程的動態模擬研究。

4 結語與展望

植物在治理大氣、水、土壤污染方面具有重要作用，不同植物對環境修復的效果不同，單一的植物修復已不能有效改善環境污染問題，而關于多種植物聯合處理的研究還比較少。目前，學界對于植物修復環境污染的機理研究尚不完善，未來研究人員仍需加強利用多種植物組合進行環境治理的研究，植物聯合修復可以提高植物修復的綜合效應，更好地去除污染物質。