生物修复概念：由于污染物的不合理处置和石油泄漏以及工业三废的排放，使得大面积的土壤和很多水体受到污染，很多污染物仅靠土壤或水体自身的自净能力很难在短时间内得以去除，给人体和生物的生存带来严重的威胁。通常治理这些污染环境的方法包括物理、化学及生物的方法。常用的物理和化学方法包括客土、填埋、固化与稳定、电磁分解和化学淋洗等。这些方法虽然行之有效，但通常成本很高，并容易造成二次污染。生物修复技术是20世纪80年代以来出现和发展的清除和治理环境污染的生物工程技术，其主要利用生物特有的分解有毒有害物质的能力，去除污染环境如土壤中的污染物，达到清除环境污染物的目的。 有关生物修复的概念，有狭义和广义之分。狭义的生物修复（Bioremediation），是指通过微生物催化降解有机污染物，从而修复被污染环境或消除环境中的污染物，是一个受控或自发进行的过程。广义的生物修复，指一切以利用生物为主体的环境污染治理技术，它包括利用植物、动物和微生物吸收、降解、转化土壤和水体中的污染物，使污染物的浓度降低到可接受的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质，也包括将污染物稳定化，以减少其向周边环境的扩散。 （一）植物修复概念
植物修复技术(phytoremediation)是以植物忍耐和富集某种或某些有机或无机污染物为理论基础，利用植物或植物与微生物的共生体系清除环境中污染物的一门环境污染治理技术。广义的植物修复技术包括利用植物修复重金属污染的土壤、利用植物净化空气、利用植物清除放射性核素和利用植物及其根系微生物共存体系净化环境中有机污染物等。狭义的植物修复技术主要指利用植物及植物根际圈微生物体系清洁污染土壤中重金属、放射性核素和有机污染物。而
（二）植物修复技术的类型
植物主要通过对污染物的去除或稳定两种途径修复环境。根据作用方式的不同可以将植物修复技术分为5种类型：(1)植物固定 (Phytostabilization)；(2)植物挥发(Phytovolatilization)；(3)植物提取(Phytoextraction)、（4）植物过滤或根系过滤（Phytofiltration or Rhizofiltration）、（5）植物降解（Phytodegradation）。
表3-5 几种主要植物修复技术及其过程
技术 | 处理基质 | 目标污染物 | 过程 |
植物固定 Phytostabilization | 土壤，沉积物 | 金属（类金属），有机物 | 稳定介质，防止侵蚀，如径流，风；通过根系活动和植物的干物质生产提高土壤结构和肥力；通过根系或微生物吸收原位稳定污染物。 |
植物挥发 Phytovolatilization | 土壤，沉积物 | 金属（类金属），有机物 | 特异性植物酶转化和挥发污染物。 |
植物提取 Phytoextraction | 土壤，沉积物 | 有机物，金属，放射性元素 | 调频电源 植物根系吸收，运输和生物浓缩到茎和叶片；质流/扩散到根表和根系吸收；根系分泌物螯合或溶解，或根际微生物促进吸收；根系吸收和植物代谢分解。 |
根系过滤 Rhizofiltration | 污水，污染河流 | 有机物，金属，放射性元素 | 植物根系吸收或固定污染物。 |
传输带植物降解 Phytodegradation | 土壤，沉积物 | 有机物 | 根际微生物转化和（或）分解，通过根系分泌物和改善土壤环境，提高根际微生物活性。 |
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1、植物固定 (Phytostabilization)
植物固定是利用耐重金属植物降低土壤中有毒金属的移动性，从而减少金属被淋滤到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性，其中包括了分解、沉淀、螯合、氧化还原等多种过程。植物稳定只是一种原位降低污染元素生物有效性的途径，而非一种永久性的去除土壤中污染元素的方 。而且重金属的生物有效性随环境条件的变化而发生变化，所以该法在应用中受到一定的限制
2、植物挥发(Phytovolatilization)
植物挥发是利用植物的吸收、积累和挥发而减少土壤中一些挥发性污染物，即植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质，释放到大气中。目前这方面研究最多的是类金属元素汞和非金属元素硒，对有机污染物质治理也具有较好的应用前景。植物挥发通过植物及其根际微生物的作用，将环境中挥发性污染物直接挥发到大气中去，不需收获和处理含污染物的植物体，不失为一种有潜力的植物修复技术，但这种技术将污染物转移到大气中，对人类和环境生态具有一定的风险。
3、植物提取(Phytoextraction)
植物提取(Phytoextraction)这一概念是由Chaney (1983)最早提出来的，即利用重金属超积累植物从土壤中吸取一种或几种重金属，并将其转移、贮存到地上部，随后收获地上部并集中处理，连续种植这种植物，即可使土壤中重金属含量降低到可接受水平。植物提取修复同样也适用于有机污染的土壤修复。
4、根际过滤 Rhizofiltration
根际过滤修复即利用植物根系的吸收和吸附作用从含有重金属的土壤水溶液等流动介质中去除重金属等污染物，根际过滤修复技术主要用来处理石油天然气生产过程中产生的含有重金属的废水、含有放射性物质的废水以及其他含有重金属进入土壤或者当重金属污染土壤的地下水。
5、植物降解Phytodegradation
植物降解是利用植物根系分泌物和特有酶系的转化和降解作用去除土壤中的有机污染物，或者利用植物与根际圈内微生物相互作用来转化和降解有机污染物。植物降解主要用于有机污染土壤的修复。有机污染物能否被植物吸收并被转移到植物体内，完全取决于其亲水
性、可溶性、极性和分子量大小。一般情况下，对于易溶于水的有机物，植物也有较好的吸收能力，但对于憎水性较强的有机物，植物吸收的程度就差。植物将有机污染物吸入体内后，可以通过木质化作用将它们及其残片储藏在新的组织结构中，也可以代谢或矿化为CO2 和H2O，还可以将其挥发掉。根系吸收有机污染物的程度取决于有机污染物在土壤水溶液中的浓度和植物的吸收率、蒸腾速度。植物的吸收率取决于污染物的种类、理化性质及植物本身特性。对于那些不溶于水的有机污染物，植物通过根系分泌有机酸、酶等物质将其转化、降解，或通过根际圈微生物体系进行降解修复。
二、有机污染的植物修复理论
（一）植物对有机污染物的吸收积累和代谢
1仿真海枣树、植物对有机污染物的吸收
（1） 叶对有机污染物的吸收
（2）根系对有机污染物的吸收
根系发育的整个表土层是个特殊的生态环境，它不仅是物质和能量的交换场所，还是土壤物质循环的重要作用界面，一切养分、水分、有益和有害的微生物、有机和无机污染物进入植物的门户。植物根系表面积越大，根毛越多，对有机污染物的吸收能力越强。
2222b2、植物对有机污染物代谢与转化
植物除了通过转化作用将所吸收的有机污染物转化成无毒的其它有机物外，也可以通过降解作用使其分解为无毒的小分子化合物。最理想的方式是将大分子的有机化合物经生物降解转化成H2O和CO2。
（二）有机污染的植物修复机制鞋架
植物修复有机污染有三种途径：直接吸收作用；根分泌物及酶的作用；与根际微生物的联合作用。
1、直接吸收作用
环境中大多数苯系化合物(BTEX) 、有机氯化剂和短链脂肪族化合物等都是通过植物直接吸
收途径去除的。有机化合物被植物吸收后，植物可将其分解，并通过木质化作用使其成为植物体的组成部分，也可转化成无毒性的中间代谢物，储存在植物体内，或完全被降解并最终被矿化成二氧化碳和水，达到去除有机污染物的目的。
有机污染物能否被植物吸收的主要限制因素是有机物的亲脂性大小，因为它决定着有机物能否通过植物的细胞膜和有机物在水相中的溶解度。许多植物具有吸收有机农药的能力，并且植物所存在的环境中农药的种类、质量浓度和环境因子等均影响着植物对农药的直接吸收。
2、根分泌物及酶的作用
根系分泌物是指植物根系通过各种方式向根际环境释放的各种有机物和无机物。根系分泌物在污染土壤的根际修复中发挥着重要作用。根系分泌物实现污染土壤根际修复的可能途径主要包括:酶系统的直接降解途径、通过增加微生物的数量提高其活性的间接降解途径等、以及根系分泌物诱导的共代谢或协同代谢降解途径。
根系分泌物对土壤有机污染物降解的间接作用主要通过改变土壤环境和微生物来实现。植
物对有机污染物的修复主要是在根际进行的。根际环境具有较高水平的微生物的活性、多样性与生物量，这对于提高土壤外来污染物的降解速率具有重要作用，根际环境有机污染物的降解主要通过根系分泌物促进降解菌的增长而进行。
有些土壤微生物不能将有机污染物作为生长营养加以利用，但根系分泌物在微生物降解有机污染物时起共代谢或协同作用，促进有机污染物最终分解为CO2、 H2O、 N2、C12等简单无机物。
3、与微生物的联合作用
植物根系释放的酶和根际微生物的降解作用被认为是植物修复土壤有机物污染的主要途径。根际是受植物根系活动影响的根土界面的一个微区，也是植物一土壤一微生物与其环境条件相互作用的场所。在植物修复中。根际微生物与植物可以形成联合(共)修复体系。根际微生物对有机污染物的降解主要包括两种方式：一种是微生物以污染物作为惟一碳源和能源生活而降解有机物；另一种是共代谢降解。
三、重金属污染的植物修复理论
（一）重金属污染土壤的植物修复主要方式
重金属在土壤中的自然净化过程十分漫长, 一般需要上千年时间, 因此其污染具有隐蔽性、不可逆性和长期性等特点，对土壤污染的治理是国际性的难题。重金属不能被降解，所以重金属的植物修复有两种途径: 一是通过植物作用改变重金属在土壤中的化学形态, 使重金属固定, 降低其在土壤中的移动性和生物可利用性; 二是通过植物吸收、挥发, 达到对重金属的削减、净化和去除的目的。根据植物修复重金属污染土壤的作用过程和机理, 其修复技术可以归纳为3种:植物固定、植物挥发、植物提取。
1、植物固定
植物通过促进重金属在根区沉淀等途径降低重金属的移动性和生物有效性。植物本身不吸收重金属, 但植物的根系分泌物如氨基酸、糖、酶等物质能促进根系周围土壤的微生物的活性和生化反应, 有利于重金属的释放和微生物的吸收。
植物稳定技术适合土壤质地粘重，有机质含量高的污染土壤的修复。
2、植物挥发
植物挥发是利用植物的吸收、积累和挥发而减少土壤中一些挥发性污染物，即植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质，释放到大气中。
3、植物提取
利用重金属超积累植物从土壤中吸取一种或几种重金属，并将其转移、贮存到地上部，随后收获地上部并集中处理，连续种植这种植物，即可使土壤中重金属含量降低到可接受水平。
（二）重金属污染土壤的植物提取修复理论
通常所说的重金属污染土壤的植物修复主要是指利用超积累植物(Hyperaccumulators)的提取作用去除污染土壤中的重金属，亦即通过重复种植和收获超积累植物将污染土壤中重金属浓度降低到可接受水平。植物提取修复是目前研究最多且最有发展前途的一种重金属污染土壤修复技术。
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