背 景
植物修复技术是利用超富集植物提取受污染环境中污染物的一项新兴技术,其基本原理是利用植物及其根际微生物体系对环境中的污染物进行吸收、降解、挥发及转化,进而实现对污染环境的修复( Channy et al.,1997; Brooks et al.,1998; 周启星,2002; Eleni et al.,2011; Dmuchowski et al.,2014) 。
植物修复以其费用低、不破坏场地土壤结构及无二次污染等显著优势逐步被采用,并取得良好修复效果( Mackova et al.,1997; Benoit et al.,2010; 周启星等,2011; 周启星等,2014; Bell et al.,2014) 。
但是,相对其物理、化学等环境治理技术,由于该项技术存在植物生长缓慢 ,生物量小 ,修复效率较低 ,修复深度不佳等问题,使其难以推广应用,大部分仅停留在实验阶段。
因此,解决限制植物修复技术应用的瓶颈问题,对于植物修复技术的健康发展和大规模应用具有重要的实践意义( Passatore et al.,2014) 。
污染物理化性质及其交互作用的影响
1污染物理化性质的影响
土壤污染物的植物修复效率受污染物理化性质的影响 。如 污染物分子大小 、污染物形态 、辛醇 -水分配系数( Kow ) 、半衰期、解离常数、蒸汽压等。植物对呈吸附态的重金属吸收能力较强。土壤中疏水性较强,半衰期<10 d,蒸汽压>10-4 的污染物由于其主要以气态形式通过叶面气孔被植物吸收,因而其植物修复效率较低( Ryan et al.,1988; 林道辉等,2003) 。水溶性较强的污染物,即 lgKow <4 的污染物通过根系吸收进入植物体内,水溶性差的有机污染物,即lgKow >4 的有机物则易被土壤颗粒吸附,难以被植物吸收。lgKow 处于 1 ~ 3.5 的有机污染物容易被植物转运吸收,而 lgKow <1 的污染物则不易通过植物细胞膜被植物吸收( 周启星等,2011) 。
污染物的分子量大小影响着植物修复效率,分子量<500 的污染物一般易被植物根系吸收,分子量较大的污染物难以被植物吸收转运。
植物修复效率还受污染物分子结构的影响,分子结构不同,污染物对植物的毒害性也就不同,如多氯联苯对农作物的危害会随着苯环上氯原子个数的增加而增大( Tu et al.,2011;Zhou et al.,2014) 。
2污染物初始浓度及其交互作用的影响
污染物的初始浓度对植物修复的效率具有很大的影响。不同污染物的相互作用对植物修复的影响极为复杂,不仅是拮抗、协同或加和作用。
实验如下：
Liu 等( 2010) 利用大白菜处理土壤中铅污染的实验中发现,污染物在初始浓度为 500 mg˙kg-1时的修复效率远远大于初始浓度 1500 mg˙kg-1 的修复效率。Cai 等( 2010) 利用凤仙花处理土壤中石油烃的试验中表明,污染物初始浓度为 5000 mg˙kg-1 的修复效率是初始浓度为40000 mg˙kg-1 的3倍。Liu 等( 2010) 在用凤仙花修复 Cd 和 Pb 污染土壤时发现,在 Cd 初始浓度较高时可抑制植物对 Pb 的吸收,而Pb 则促进植物对 Cd 的吸收。
周启星等( 2011) 利用孔雀草和凤仙花分别处理土壤中 Cd、Pb 与有机物的复合污染,实验结果表明,当重金属初始浓度较低时可促进植物对有机污染物的吸收,重金属初始浓度较高则对植物吸收有机物有抑制作用。实验还发现,当有机污染物初始浓度较低时可提高植物的生物量,对植物修复效率有促进作用。
Chen 等(2010)在利用小麦处理土壤中镉-麝香复合污染的试验中发现,植物对麝香的吸收效果随Cd 的初始浓度的升高而不断提升,提升幅度最高可达 36%。
Sun 等( 2011) 在利用孔雀草处理重金属与苯并芘复合污染的实验中发现,Cd 对苯并芘的植物吸收有促进作用,而 Pb 和 Cu 则抑制了苯并芘的吸收。
Kucerova 等( 1999) 发现,龙葵对初始浓度为 25mg˙L-1 的 PCBs 的代谢率比初始浓度为 50mg˙L-1 的 PCBs 提高了 3 ~ 5 倍。