植物修復

植物修復是利用綠色植物來轉移、容納或轉化污染物使其對環境無害。植物修復的對象是重金屬、有機物或放射性元素污染的土壤及水體。

研究表明，通過植物的吸收、揮發、根濾、降解、穩定等作用，可以淨化土壤或水體中的污染物，達到淨化環境的目的，因而植物修復是一種很有潛力、正在發展的清除環境污染的綠色技術。

基本介紹

• 中文名：植物修復
• 外文名：Phytoremediation
• 處理對象：重金屬、有機物或放射性元素污染
• 常用植物：鹼蓬、浮萍、水葫蘆、苦草等
• 分類：植物萃取、過濾、揮發、固定
• 優點：成本低，二次污染易於控制

簡介

目前現有的環境污染土壤修復技術通常採用物理和化學方法，如排土壤埋法、稀釋法、淋洗法、物理分離法和穩定化及化學法等。成本高，難於管理，易造成二次污染，且對環境擾動大。近年來生物修復技術因其成本低，適合大規模的套用，利於土壤生態系統的保持，對污染地景觀有美學價值，對環境基本沒有破壞作用，從而引起了公眾及科學界的廣泛興趣。生物修復技術包括植物修復技術、微生物修復技術和微生物-植物聯合修復技術。

定義

植物修復指直接利用植物把受污染土地或地下水中的污染物（重金屬、有機物等）移除、分解或圍堵的過程。目前普遍認為利用植物修復的方法，來清除受重金屬污染的土地，是一種較便宜且方便的作法，甚至有科學家指出，可利用植物的這種特性開採土壤中的金屬礦物。

優點

植物修復技術屬於原位修復技術，其成本低、二次污染易於控制，植被形成後具有保護表土、減少侵蝕和水土流失的功效，可大面積套用於礦山的復墾、重金屬污染場地的植被與景觀修復。

缺點

植物修復技術主要依賴於生物進程， 與 一些常用工程措施相比見效慢，修復耗時長。對於深層污染的修復有困難，由於氣候及地質等因素使得植物的生長受到限制，存在污染物通過“植物—動物”的食物鏈進入自然界的可能。

發展及現狀

世界上大多數的工業國家都面臨嚴重的重金屬污染問題，因此開發有效的植物修復法，清除環境中的過量重金屬已是刻不容緩的事情。人們平時看到的極不起眼的植物可以生長在重金屬污染的土地上，且扮演超級清道夫的角色，環境逆境來臨時，唯有透過生物多樣性的維護，才能確保生物生生不息及地球的永續發展。

美國紐澤西州利用植物修復的方法，把一處因製造電池而導致鉛污染的土地復育成功。透過了解植物在重金屬環境下的生存策略，有助於人類利用生物科技製造出可以大量吸收重金屬的植物。阿拉伯芥與水稻兩種模式植物的基因密碼已完成定序，加上目前已開發出的生物晶片，未來將有助於研究人員尋找植物中受重金屬誘導而表現的基因。此外藉由大規模搜尋阿拉伯芥突變株中被破壞的每一個別基因，也可使研究人員真正了解究竟那些基因與植物在重金屬逆境下的生長有關。當然從其它模式生物如細菌及酵母菌，甚至高等哺乳動物系統所獲得的信息也是很有幫助的。

基本上可以有效清除重金屬污染的植物，最好須有下列特徵：生長快速、根系能深植土壤、容易收割、能夠容忍並累積多樣化重金屬。藉由這些分子生物學的方法所得到的結果，除了有助於人們了解植物在重金屬逆境下的生存策略外，未來也可套用於生物科技產業，幫助人們開發可大量累積重金屬的植物新品種，供作植物修復用。

有關植物修復的研究工作，主要是以下述兩種策略進行，首先是藉由在植物體中大量表現，已存在於體內且和聚積重金屬有關的單一基因，促使植物累積重金屬的能力增強。另一種方法則是將一整套外來的，參與重金屬代謝、吸收及累積途徑的所有酵素，利用基因轉殖的方式送進植物體內。

藉由生物科技的興起，科學家將能利用基因轉殖的方式，在植物中導入和重金屬耐受性與聚積性有關的基因，創造出可抵抗且累積多種重金屬的轉殖植物，供作植物修復用，以解決目前工業國家中嚴重的重金屬污染問題。當然，未來實際套用這些轉殖植物，來淨化遭重金屬污染土地的同時，仍需謹慎評估基因改良植物對生態環境的衝擊。

目前已經有許多利用基因轉殖技術成功生產抗重金屬植物的例子，例如以色列的研究人員在菸草中加入具輸送功能的基因（transporter），使菸草可以生長在含有高濃度鎳的環境下。另外西班牙的研究人員則在阿拉伯芥中轉殖可以受鎘誘發，進而影響植物體內谷胱甘肽（glutathione）濃度的基因，結果發現轉殖植株可以生長在含高濃度鎘的環境下，並且將鎘累積在葉片中。

在日本及紐西蘭，有研究人員把一些受鋁誘發的基因送進植物體內表現，結果確實可使轉殖植物生存在高濃度鋁的土壤中。到了2003年，美國的研究人員更把細菌中抗鎘的基因轉殖入植物體內來加以表現，結果同樣可以產生抵抗並累積高濃度鎘的植株。因此，除了利用天然的重金屬高聚積植物進行植物修復外，基因轉殖植物將是未來植物修復工作的明日之星。

植物修復在中國，從1999年開始，在國家“863”計畫、“973”計畫和國家自然科學基金重點項目的支持下，地理科學與資源研究所環境修復中心研究員陳同斌帶領的研究組篩選出一種砷超富集植物，解決了砷污染土地植物修復技術中的一系列關鍵難題，在國際上建立了第一個砷污染土地的植物修復示範工程，並先後在廣西河池和雲南紅河州開始推廣套用。此外關於水體污染植物修復技術（漂浮植物修復技術）的研究工作也在推行之中。

植物修復

分類

植物修復具有成本低、不破壞土壤和河流生態環境、不引起二次污染等優點。自20世紀90年代以來，植物修復成為環境污染治理研究領域的一個前沿性課題。

植物修復

植物修復過程中可以具體分為5種：

phytoextraction植物提取修復

phytovolatilization植物揮發修復

phytostabilisation植物固定修復

phytotransformation植物轉化修復

rhizosphere bioremediation根圈的植物修復技術

植物提取修復

又稱植物萃取技術，種植一些特殊植物，利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物質並運移至植物地上部，通過收割地上部物質帶走土壤中污染物的一種方法。植物提取作用是目前研究最多，最有發展前景的方法。該技術利用的是一些對重金屬具有較強忍耐和富集能力的特殊植物。要求所用植物具有生物量大、生長快和抗病蟲害能力強的特點，並具備對多種重金屬較強的富集能力。此方法的關鍵在於尋找合適的超富集植物和誘導出超級富集體。

植物揮發修復

通過植物蒸發作用將揮發性化合物或者新陳代謝產物釋放到大氣的過程。羥基是光化學循環中形成的一種氧化劑，地下環境中許多難處理的有機化合物進入大氣後可很快與羥基氫氧基產生化學反應。然而，將污染物從土壤或地下水轉移到大氣中並不容易。植物中的硝酸鹽還原酶和樹膠氧化酶可分解藥廢棄物如TNT，並將講解後的環形結構物結合到新的植物組織或有機碎片中，成為有機物質的組成部分，從而達到去毒的目的。去毒機制是將母體化合物轉化為無植物毒性的新陳代謝產物存在植物器官中。對酶作用途徑和產物的深入研究無疑會豐富和發展現有的植物修復理論。

植物固定修復

原理：利用植物根際的一些特殊物質使土壤中的污染物轉化為相對無害物質的一種方法。

植物在植物穩定中主要有兩種功能：

1.保護污染土壤不受侵蝕，減少土壤滲漏來防止金屬污染物的淋移;

2.通過金屬根部的積累和沉澱或根表吸持來加強土壤中污染物的固定。

套用植物穩定原理修復污染土壤應儘量防止植物吸收有害元素，以防止昆蟲、草食動物及牛、羊等牲畜在這些地方覓食後可能會對食物鏈帶來的污染。

然而植物穩定作用並沒有將環境中的重金屬離子去除，只是暫時將其固定，使其對環境中的生物不產生毒害作用，但並沒有徹底解決環境中的重金屬污染問題。如果環境條件發生變化，重金屬的生物可利用性可能又會發生改變。因此，植物固定不是一個很理想的修複方法。

植物轉化修復

原理：植物轉化也稱植物降解(Phytodegradation)，指通過植物體內的新陳代謝作用將吸收的污染物進行分解，或者通過植物分泌出的化合物（比如酶）的作用對植物外部的污染物進行分解。植物轉化技術使用於疏水性適中的污染物，如BTEX，TCE，TNT等軍用排廢.對於疏水性非常強的污染物，由於其會緊密結合在根系表面和土壤中，從而無法發生運移.對於這類污染物，更適合採用之後提到的植物固定和植物輔助生物修復技術來治理。

根圈的植物修復技術

又稱植物刺激技術、植物輔助修復技術，或根圈講解技術。

原理：通過植物的吸收促進某些重金屬轉移為可揮發態，揮發出土壤和植物表面，達到治理土壤重金屬污染的目的。有些元素如Se、As和Hg通過甲基化揮發，大大減輕土壤的重金屬污染。如B.Juncea能使土壤中的Se以甲基硒的形式揮發去除。

還有的研究表明菸草能使毒性大的二價汞轉化為氣態的零價汞。Rugh等將細菌的汞還原酶基因轉入Arabidopsistfialiana中，發現該植物對HgCl2的抗性和將Hg2+還原為Hg的能力明顯增強。這一方法只適用於揮發性污染物，植物揮發要求被轉化後的物質毒性要小於轉化前的污染物質，以減輕環境害。由於這一方法只適用於揮發性污染物，套用範圍很小，並且將污染物轉移到大氣和（或）異地土壤中對人類和生物又一定的風險，因此，它的套用將受到限制。

植物修復

主要污染修復資源植物

鹼蓬

鹼蓬可以在鹽鹼化土壤上繁茂生長，能有效降低土壤表層鹽量，增加土壤有機質含量，提高土壤中N、P、K的含量。在未完全脫離海水的高鹽的潮灘上有機質越來越多，加速了潮灘的土壤化過程，因此被譽為鹽鹼地改造的“先鋒植物”。此外，鹼蓬對重金屬也有一定的吸收作用，還可以用來處理含鹽養殖廢水。鹼蓬對常見金屬Cu、Zn、Pb、Cd均具有累積作用，體內含量均高於潮灘背景值。鹼蓬可監測環境中汞的含量，能快速富集水中的鎘類金屬，清除酚類。

浮萍

浮萍在我國有4個屬，分別事多根紫萍、少根紫萍、綠萍和蕪萍，常分布於相對平緩的水面，如水田、水塘、湖泊和水溝等。浮萍的生長能吸收空氣中的二氧化碳，可減輕溫室效應。且淨化污水的作用比微生物還顯著，對水體中TN、TP的總去除率高。浮萍對有毒元素Cd等能通過螯合和液泡的區室化等作用來耐受並吸收富集環境中的重金屬。

水葫蘆

水葫蘆有發達的根系，生長迅速，具有大量吸收污水中的氮、磷等營養物質和淨化重金屬、有機污染等積極的生態效應。有報導，在適宜的條件下，一公頃水葫蘆可以將800人排放的氮磷元素當天吸收掉。水葫蘆還能從污水中除去鎘、鉛、汞、鉈、銀、鈷、鍶等重金屬元素，且對酚、氰、油的清除率也很高，能夠大量吸收營養鹽，對改善水質、治理水體富營養化具有一定作用。

苦草

在苦草生長的地方，浮游生物、細菌和絲狀藻生物量降低。研究認為，苦草生物量越大，對藻類的抑制作用也越大，致使水體正磷酸鹽、溶解有機碳和總懸浮物含量減少，透明度增加。苦草有控制湖泊富營養化、恢復沉水植物生態系統的作用。此外，一些研究表明，苦草的根對重金屬汞有較強的吸收能力，因此可用於監測環境中重金屬汞的污染。苦草也可用於有機氯污染的生物監測。