植物修复法：环境治理成果及应用

（一）植物修复基本概念

植物修复是经过植物自身对污染物的吸收、固定、转化与累积功能，以及为微生物修复提供有利于修复条件，促进土壤微生物对污染物降解与无害化的过程。

广义的植物修复包括植物净化空气（如室内空气污染和城市烟雾控制等），利用植物及其根际圈微生物体系净化污水（如污水的湿地处理系统等）和治理污染土壤。狭义的植物修复主要指利用植物及其根际圈微生物体系清洁污染土壤，包括无机污染土壤和有机污染土壤。[11]

植物修复技术由植物提取、植物稳定、根基降解、植物降解、植物挥发等组成。重金属污染土壤植物修复技术在国内外首先得到广泛研究，国内目前研究和应用比较成熟。

近年来，我国在重金属污染农田土壤的植物吸取修复技术一定程度上开始引领国际前沿，已经应用于砷、镉、铜、锌、镍、铅等重金属，并发展出络合诱导强化修复、不同植物套作联合修复、修复后植物处置的成套技术。这种技术应用关键在于筛选出高产和高去污能力的植物，摸清植物对土壤条件和生态环境的适应性。近年来，国内外学者也开始关注植物对有机污染物的修复，如多环芳烃复合污染土壤的修复。虽然开展了利用苜蓿、黑麦草等植物修复多环芳烃、多氯联苯和石油烃的研究工作，但是有机污染土壤植物修复技术的田间研究还很少。

（二）植物修复相关技术

1.植物提取技术

植物提取是指种植一些特殊植物，利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并运移至植物地上部分，在植物体内蓄积直到植物收割后进行处理。收获后可以进行热处理、微生物处理和化学处理。植物提取作用是目前研究最多、最有发展前景的方法。

植物提取技术利用的是对污染物具有较强忍耐和富集能力的特殊植物，要求所用植物具有生物量大、生长快和抗病虫害能力强特质，并具对多种污染物有较强的富集能力。此方法的关键在于寻找合适的超富集植物并诱导出超富集体。环境中大多数苯系物、有机氯化剂和短链脂族化合物都是通过植物直接吸收除去的。

2.植物稳定技术

植物稳定是指通过植物根系的吸收、吸附、沉淀等作用，稳定土壤中的污染物。植物稳定发生在植物根系层，通过微生物或者化学作用改变土壤环境，如植物根系分泌物或者产生的CO2可以改变土壤pH。

植物在此过程中主要有两种功能：保护污染土壤不受侵蚀，减少土壤渗漏防止污染物的淋移；通过植物根部的积累和沉淀或根表吸持来加强土壤中污染物的固定。应用植物稳定原理修复污染土壤应尽量防止植物吸收有害元素，以防止昆虫、草食动物及牛、羊等牲畜在这些地方觅食后可能对食物链带来污染。

3.根际降解技术

根际降解，其主要机理是土壤植物根际分泌某些物质，如酶、糖类、氨基酸、有机酸、脂肪酸等，使植物根部区域微生物活性增强或者能够辅助微生物代谢，从而加强对有机污染物的降解，将有机污染物分解为小分子的CO2和H2 O，或转化为无毒性的中间产物。

4.植物降解技术

植物降解是指植物从土壤中吸收污染物，并通过代谢作用，在体内进行降解。污染物首先要进入植物体，吸收取决于污染物的疏水性、溶解性和极性等。

5.植物挥发性

植物挥发是植物吸收并转移污染物，然后通过蒸发作用将污染物或者改变形态的污染物释放到大气中的过程。可用于TCE、TCA、四氯化碳等污染物的修复。

（三）有机污染物的植物降解机理(www.xing528.com)

植物主要通过三种机制降解、去除有机污染物，即植被直接吸收有机污染物；植物释放分泌物和酶，刺激根际微生物的活性和生物转化作用；植物增强根际矿化作用。

1.植物直接吸收有机污染物

植物从土壤中直接吸收有机物，然后将没有毒性的代谢中间产物储存在植物组织中，这是植物去除环境中中等亲水性有机污染物（辛醇-水分配系数lgKow=0.5～3.0）的一个重要机制。疏水有机化合物（lgKow＞3.0）易于被根表强烈吸附而易被运输到植物体内。化合物被吸收到植物体后，植物根对有机物的吸收直接与有机物相对亲脂性有关。这些化合物旦被吸收，会有多种去向：植物将其分解，并通过水质化作用使其成为植物体的组成部分；也可通过挥发、代谢或矿化作用使其转化成CO2和H2O，或转化成为无毒性的中间代谢物如木质素，存储在植物细胞中，达到去除环境中有机污染物的目的。环境中大多数BTEX化合物、含氯溶剂和短链的脂肪化合物都通过这一途径除去。

有机污染物能否直接被植物吸收取决于植物的吸收效率、蒸腾速率以及污染物在土壤中的浓度。而吸收率反过来取决于污染物的物理化学特征、污染的形态以及植物本身特性。蒸腾率是决定污染物吸收的关键因素，其又取决于植物的种类、叶片面积、营养状况、土壤水分、环境中风速和相对湿度等。

2.释放分泌物和酶去除环境中的有机污染物

植物可释放一些物质到土壤中，以利于降解有毒化学物质，并可刺激根际微生物的活性。这些物质包括酶及一些有机酸，它们与脱落的根冠细胞一起为根际微生物提供重要的营养物质，促进根际微生物的生长和繁殖，且其中有些分泌物也是微生物共代谢的基质。

3.根际的矿化作用去除有机污染物

根际是受植物根系影响的根—土界面的一个微区，也是植物—土壤—微生物与环境条件相互作用的场所。由于根系的存在，增加了微生物的活动和生物量。微生物在根际区和根系土壤中的差别很大，一般为5～20倍，有的高达100倍，微生物数量和活性的增长，很可能是使根际非生物化合物代谢降解的结果。而且植物的年龄、不同植物的根，有瘤或无瘤，根毛的多少以及根的其他性质，都可以影响根际微生物对特定有毒物质的降解速率。

微生物群落在植物根际区进行繁殖活动，根分泌物和分解物养育了微生物，而微生物的活动也会促进根系分泌物的释放。最明显的例子是有固氮菌的豆科植物，其根际微生物的生物量、植物生物量和根系分泌物都有增加。这些条件可促使根际区有机化合物的降解植物促进根际微生物对有机污染物的转化作用，已被很多研究所证实。植物根际的真菌与植物形成共生作用，有其独特的酶途径，用以降解不能被细菌单独转化的有机物。植物根际分泌物刺激了细菌的转化作用，在根区形成了有机碳，根细胞的死亡也增加了土壤有机碳这些有机碳的增加可阻止有机化合物向地下水转移，也可增加微生物对污染物的矿化作用。

（四）植物修复技术的展望

1.深化植物修复机理

当前对植物修复机理的研究大多还处于实验现象描述阶段，对机理的探讨带有猜测性因此，迫切需要深入研究植物修复机理，尤其需加强研究植物体内和根际降解有机污染物的过程及机制。

2.完善植物修复模型

当前的植物修复模型均基于较多假设，侧重于模拟植物吸收有机污染物的过程，较少涉及植物根际和植物体内对有机污染物的降解过程，适用范围不广。建立适用范围广的动态模拟整个植物修复过程（包括植物根系降解、体内代谢等）的模型具有重要的理论与实践意义。

3.利用表面活性剂提高植物修复效率

表面活性剂可提高土壤中有机污染物的生物可给性，从而提高植物修复效率，但表面活性剂的最佳用量及如何减少其本身对植物和环境的影响等都有待进一步研究。

4.加强复合有机污染植物修复研究

当前，植物修复研究大多针对单一有机污染物，但现实环境一般为复合有机污染，因此加强复合有机污染植物修复研究具有重要的现实意义。