植物降解修复课件.ppt
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- 植物 降解 修复 课件
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1、环境修复原理与技术第五章第五章 污染环境的植物修复原理污染环境的植物修复原理环境修复原理与技术5.1 植物修复概述植物修复概述v5.1.1 植物修复的概念v植物修复:以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素的理论为基础,利用植物及其根际圈微生物体系的吸收、挥发、降解和转化作用来清除环境中污染物质的一项新兴的污染治理技术。环境修复原理与技术v植物修复应用范围:a.利用植物修复重金属污染的土壤 b.利用植物净化空气和水体 c.利用植物清除放射性核素 d.利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中 的有机污染物 环境修复原理与技术 生物修复微生物修复植物修复微生物降解微生物转化植物去除 植物固定/稳定化
2、植物净化空气 植物提取植物降解 根际圈微生物降解植物挥发图5-1 植物修复与生物修复的关系及主要修复方式环境修复原理与技术(1)植物净化空气)植物净化空气净化空气净化空气吸收有害气体吸收有害气体吸滞放射性物质吸滞放射性物质滞尘滞尘除菌和杀菌除菌和杀菌减弱噪声减弱噪声吸收吸收CO2环境修复原理与技术(2)植物提取修复)植物提取修复v 利用重金属超积累的陆生或水生植物从污染土壤或水体中超量吸收、积累一种或几种重金属元素,并富集运移到植物根部可收割部分和地上枝条部位,之后将植物整体(包括部分根)收获并集中进行热处理、化学处理或微生物处理。然后再继续种植超积累植物以使土壤或水体中重金属含量降低到可接受
3、的水平。v 许多陆生和水生植物能提取土壤和水体中的重金属。如:野生蕨类植物 富集土壤中的Cd和Zn 凤眼莲(水葫芦)绿萍 菱角 水中汞、镉等重金属环境修复原理与技术(3)植物挥发修复)植物挥发修复v利用植物将水体和土壤中的一些挥发性的污染物吸收到植物体内,然后再将其转化为气态物质释放到大气中,从而对污染水体和土壤起到治理的作用。v易挥发性的重金属修复方面,如汞、硒、砷环境修复原理与技术(4)植物降解修复)植物降解修复v 利用某些植物特有的的转化和降解作用去除水体和土壤中有机污染物质的一种方式。v 修复途径主要有两个方面:A 污染物质植物体木质化作用植物组织矿化为CO2和 H2O无毒或毒性小如:
4、硝基还原酶和树胶氧化酶可以将弹药废物如TNT分解B 根分泌的物质直接降解根际圈内有机污染物 如:漆酶对TNT(三硝基甲苯)的降解,脱卤酶对含氯溶剂如TCE(三氯乙烯)的降解等 环境修复原理与技术(5)根际圈生物降解修复)根际圈生物降解修复v利用植物根际圈菌根真菌、专性或非专性细菌等微生物的降解作用来转化有机污染物,降低或彻底消除其生物毒性,从而达到有机污染水体或土壤修复的目的。植物微生物体系水分 养料根分泌物质降解有机物的原料环境修复原理与技术(6)植物固定)植物固定/稳定化修复稳定化修复失去生物有效性A 根分泌物质积累 沉淀污染物质减少毒害作用B 植物生长减少风蚀、水蚀污染物质扩散、迁移防止
5、防止污染周围环境固化植物:吸收积累量不太高,可在污染物质含量高的土壤上正常生长针对:重金属污染。如废弃矿山的复垦工程,铅、锌尾矿库的植被重建等。环境修复原理与技术5.1.2 植物修复的优势及存在的问题植物修复的优势及存在的问题1开发和应用开发和应用潜力巨大潜力巨大2符合可持续符合可持续发展战略的发展战略的理念理念3易于为社会易于为社会接受接受v优势环境修复原理与技术不确定性和多学科交叉性存在问题存在问题受植物栽培与生长的限制环境修复原理与技术5.2 植物对污染物的修复作用植物对污染物的修复作用v修复原理:主要是通过植物自身的光合、呼吸、蒸腾和分泌等代谢活动与环境中的污染物质和微生态环境发生交互
6、反应,从而通过吸收、分解、挥发、固定等过程使污染物达到净化和脱毒的修复效果。环境修复原理与技术图5-2 植物修复作用原理示意图环境修复原理与技术5.2.1 植物吸收、排泄与积累植物吸收、排泄与积累v(1)植物吸收 v植物为了维持正常的生命活动,必须不断地从周围环境中吸收水分和营养物质。v植物具有广泛吸收性,除对少数几种元素表现出选择性吸收外,对不同的元素来说只是吸收能力大小不同而已。环境修复原理与技术 1 2 3v吸收机理可能有3种:通过适应通过适应性调节后性调节后而产生耐而产生耐性,吸收性,吸收污染物质污染物质完全的完全的“避避”作作用用在土壤污在土壤污染物质含染物质含量很高的量很高的情况下
7、正情况下正常生长常生长环境修复原理与技术v(2)植物排泄 v植物需要不断地向外排泄体内多余的物质和代谢废物,这些物质的排泄常常是以分泌物或挥发的形式进行。v植物排泄的途径通常有两条:一、经过根吸收后,再经叶片或茎等地上器官排出去。二、经叶片吸收后,通过根分泌排泄。环境修复原理与技术v植物根吸收污染物后,经体内运输会转移到各个器官中去,当这些污染物质含量超过一定临界值后,就会对植物组织、器官产生毒害作用,进而抑制植物生长甚至导致其死亡。植物为了生存,会分泌一些激素(如脱落酸)来促使积累高含量污染物质的器官如老叶加快衰老速度而脱落,重新长出新叶用以生长,进而排出体内有害物质。环境修复原理与技术v(
8、3)植物积累 v进入植物体内的污染物质虽可经生物转化过程成为代谢产物经排泄途径排出体外,但大部分污染物质与蛋白质或多肽等物质具有较高的亲和性而长期存留在植物的组织或器官中,在一定的时期内不断积累增多而形成富集现象,还可在某些植物体内形成超富集。环境修复原理与技术v 用富集系数来表征植物对某种元素或化合物的积累能力,即 富集系数=植物体内某种元素含量/土壤中该种元素含量 v 用位移系数来表征某种重金属元素或化合物从植物根部到植物地上部的转移能力,即 位移系数=植物地上部某种元素含量/植物根部该种元素含量 富集系数越大,表示植物积累该种元素的能力越强。位移系数越大,说明植物由根部向地上部运输该元素
9、能力越强,利于植物提取修复。v 当植物吸收和排泄的过程呈动态平衡时,植物虽然仍以某种微弱的速度在吸收污染物质,但在体内的积累量已不再增加,而是达到了一个极限值,叫临界含量,此时的富集系数称为平衡富集系数。环境修复原理与技术v(4)植物吸收、排泄和积累间的关系 v植物对污染物质的吸收、排泄和积累的过程始终是一个动态过程(图5-3),在植物生长的某个时期可能会达到某种平衡状态,随后因一些影响条件的改变而打破,并随植物生育时期的进展再不断建立新的平衡,直到植物体内污染物质含量达到最大量即临界含量,亦即吸收达饱和状态时,植物对污染物质的积累才基本不再增加。环境修复原理与技术 大气环境修复植物 游离离子
10、 水溶性螯合物 交换态污染物 难吸收态污染物吸收吸收挥发 排泄分泌 排泄根际圈土壤(水体)环境图5-3 植物对根际圈污染物质吸收、排泄与积累的关系环境修复原理与技术v 根据植物根对污染物质吸收的难易程度,可将土壤中污染物分为:可吸收态:土壤溶液中的污染物如游离离子及螯合离子难吸收态:残渣态等难为植物吸收的交换态:介于两者之间,包括被黏土和腐殖质吸附的污染物 可吸收态交换态难吸收态环境修复原理与技术5.2.2 植物根的生理作用植物根的生理作用1234深纤维根效应,根的形态可以影响污染物的生物可利用性和降解程度 吸收和吸附作用在根部积累大量的污染物质,加强了对污染物质的固定生物合成的作用,降低根际
11、圈内污染物质的可移动性和生物有效性物理和生化防范功能,阻止有毒物质的浸人环境修复原理与技术5.2.3 根际圈生态环境对污染修复的作用根际圈生态环境对污染修复的作用v(1)植物根际圈概念 v 植物根际圈指由植物根系和土壤微生物之间相互作用而形成的独特圈带。植物根部具有一个良好的适应微生物群落生长的生态环境。植物根不断地向根际圈输入光合产物,并且枯死的根细胞和植物分泌物的积累使根际圈演变成一块十分富饶的土壤。使根际圈构成为由土壤为基质,以植物的根系为中心聚集了大量的细菌、真菌等微生物和蚯蚓、线虫等一些土壤动物的独特的“生态修复单元”。v 根际圈包括根系、与之发生相互作用的生物,及受这些生物活动影响
12、的土壤。它的范围一般是指离根表几毫米到几厘米的圈带。环境修复原理与技术v(2)植物-微生物-污染物在根际圈的相互作用 v植物的根系从土壤中吸收水分、矿质营养的同时,向根系周围土壤分泌大量的有机物质,而且其本身也产生一些脱落物,这些物质促使某些土壤微生物和土壤动物在根系周围大量地繁殖和生长,使得根际圈内微生物和土壤动物数量远远大于根际圈外的数量,而微生物的生命活动如氮代谢、发酵和呼吸作用及土壤动物的活动等对植物根也产生重要影响,它们之间形成了互生、共生、协同及寄生的关系。环境修复原理与技术为微生物附着提供了巨大的表面积,易于为微生物附着提供了巨大的表面积,易于形成生物膜,促进污染物被微生物降解利
13、形成生物膜,促进污染物被微生物降解利用用植物自身的光合作用,能将部分可溶性污植物自身的光合作用,能将部分可溶性污染物及被微生物分解的污染物同化吸收染物及被微生物分解的污染物同化吸收光合过程中生成的光合过程中生成的O2可通过茎根输向水体可通过茎根输向水体或土壤,使根区周围依次形成多个好氧、或土壤,使根区周围依次形成多个好氧、缺氧与厌氧小区,微生物生存提供良好生缺氧与厌氧小区,微生物生存提供良好生境境v(3)植物根际圈的生物降解 环境修复原理与技术5.3 影响植物修复的环境因子影响植物修复的环境因子酸碱度酸碱度植物激素植物激素生物因子生物因子共存物质共存物质植物营植物营养物质养物质氧化还原氧化还原
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