上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称：生物技术与人类课程号：BI913-397833班级号：F1802001 姓名：龙灏学号：518020910007专业：机械动力类能源与动力工程 课程小论文 题目 植物修复在环境保护中的应用 得分 植物修复在环境保护中的应用 龙灏 (上海交通大学机械与动力工程学院，上海，200240) 摘要：植物修复是利用植物的一系列生理生化过程，部分或完全修复和消除被污染土壤、 水体、空气中特定的有毒物质。广义的植物修复包括利用植物固定或修复重金属污染土壤， 净化水体和空气，清除放射性核素和利用植物及其根际微生物降解有机污染物等，是利用生 态工程治理环境污染的一种有效方法。本文主要介绍了土壤、水体、空气三大被污染污染的 植物修复手段及其应用，并结合其利弊对未来的环境保护作出展望。 关键词：植物：植物修复：环境保护 Application of Phytoremediation In Environmental Protection Long Hao (School of Mechanical and Power Engineering, Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China) Abstruct:Phytoremediation is the use of a series of physiological and biochemic al processes of plants to partially or completely repair and eliminate specific toxi c substances in polluted soil,water and air.Phytoremediation in a broad sense inc ludes the use of plants to fix or repair heavy metal contaminated soil,purify wa ter and air,remove radionuclides,and use plants and their rhizosphere microorga nisms to degrade organic pollutants.It is an effective way to control environmen
上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称：生物技术与人类 课程号：BI913-397833 班级号：F1802001 姓名： 龙灏 学号： 518020910007 专业： 机械动力类-能源与动力工程 课程小论文 题目 植物修复在环境保护中的应用 得分 植物修复在环境保护中的应用 龙 灏 （上海交通大学 机械与动力工程学院，上海，200240） 摘 要：植物修复是利用植物的一系列生理生化过程，部分或完全修复和消除被污染土壤、 水体、空气中特定的有毒物质。广义的植物修复包括利用植物固定或修复重金属污染土壤， 净化水体和空气，清除放射性核素和利用植物及其根际微生物降解有机污染物等，是利用生 态工程治理环境污染的一种有效方法。本文主要介绍了土壤、水体、空气三大被污染污染的 植物修复手段及其应用，并结合其利弊对未来的环境保护作出展望。 关键词：植物；植物修复；环境保护 Application of Phytoremediation In Environmental Protection Long Hao (School of Mechanical and Power Engineering， Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China) Abstruct: Phytoremediation is the use of a series of physiological and biochemic al processes of plants to partially or completely repair and eliminate specific toxi c substances in polluted soil, water and air.Phytoremediation in a broad sense inc ludes the use of plants to fix or repair heavy metal contaminated soil, purify wa ter and air, remove radionuclides, and use plants and their rhizosphere microorga nisms to degrade organic pollutants. It is an effective way to control environmen
tal pollution by ecological engineering.This paper mainly introduces three major phytoremediation methods of contaminated soil,water and air,and their applicati ons.The prospects of environmental protection in the future are given in combin ation with their advantages and disadvantages. Keywords:Plant;Phytoremediation;Environmental protection 随着人类生态文明建设和经济的快速发展，生态破坏和环境污染的问题也随之而来，环 境污染主要包括土壤、水体和大气中残留的有机物和重金属。植物修复是通过植物来固定、 吸收、转移、转化、降解环境中污染物，使其有害性消失或降低的一种有效途径，其机理主 要是植物吸收和固定作用。与传统的化学修复、物理和工程修复技术相比，植物修复技术操 作简单、不造成二次污染，且具有投资和维护成本较低等优，点[1]。 1.植物修复的类型 1.1植物萃取 植物萃取修复技术主也称为植物积累，主要是利用植物从土壤中吸收重金属污染物，将 土壤中各种过量元素或化合物转移到植株体内特别是地上部分，从而修复污染土壤，一般可 用于治理Z、Cu、Cr的污染。植物萃取利用的是一些对重金属具有较强富集能力的特殊植物， 要求所用的植物具有生物量大、生长快和抗病虫害能力强的特点，并具备对多种金属较强的 富集能力。这类特殊植物目前己发现有400多种，例如玉米、东南景天、苎麻、黑麦草、油 菜、龙葵[1]等等。 1.2植物降解 植物讲解修复技术也称为植物转化，是指植物吸收污染物后，通过体内的新陈代谢作用 将吸收的污染物进行分解，或者说在体内同化污染物或释放出某种酶，将有害物质降解为无 毒物质。这种方法可用于石油化工污染、炸药废物、燃料泄漏和农药等有机污染物的治理。 1.3植物根际讲解 植物根际降解技术也称为根系促进的生物降解，它是指由于植物根系的存在，土壤中的 微生物（真菌、细菌等）对有机污染物的降解作用得到的加强，根系释放出的糖类、有机酸 和氨基酸等均含有碳元素，为根际微生物提供丰富的营养和能源，促进微生物的活性和生化 反应，使土壤中的微生物对有机污染物的降解效率得到提高。桑科植物和蔷薇科植物的根际 分泌物能促进多氯联苯(Polychlorinated biphenyls,PCBs)降解菌的生长，降解PCBs
tal pollution by ecological engineering.This paper mainly introduces three major phytoremediation methods of contaminated soil, water and air, and their applicati ons. The prospects of environmental protection in the future are given in combin ation with their advantages and disadvantages. Keywords: Plant; Phytoremediation; Environmental protection 随着人类生态文明建设和经济的快速发展，生态破坏和环境污染的问题也随之而来，环 境污染主要包括土壤、水体和大气中残留的有机物和重金属。植物修复是通过植物来固定、 吸收、转移、转化、降解环境中污染物，使其有害性消失或降低的一种有效途径，其机理主 要是植物吸收和固定作用。与传统的化学修复、物理和工程修复技术相比，植物修复技术操 作简单、不造成二次污染，且具有投资和维护成本较低等优点[1]。 1. 植物修复的类型 1.1 植物萃取 植物萃取修复技术主也称为植物积累，主要是利用植物从土壤中吸收重金属污染物，将 土壤中各种过量元素或化合物转移到植株体内特别是地上部分，从而修复污染土壤，一般可 用于治理 Zn、Cu、Cr 的污染。植物萃取利用的是一些对重金属具有较强富集能力的特殊植物， 要求所用的植物具有生物量大、生长快和抗病虫害能力强的特点，并具备对多种金属较强的 富集能力。这类特殊植物目前已发现有 400 多种，例如玉米、东南景天、苎麻、黑麦草、油 菜、龙葵[1]等等。 1.2 植物降解 植物讲解修复技术也称为植物转化，是指植物吸收污染物后，通过体内的新陈代谢作用 将吸收的污染物进行分解，或者说在体内同化污染物或释放出某种酶，将有害物质降解为无 毒物质。这种方法可用于石油化工污染、炸药废物、燃料泄漏和农药等有机污染物的治理。 1.3 植物根际讲解 植物根际降解技术也称为根系促进的生物降解，它是指由于植物根系的存在，土壤中的 微生物（真菌、细菌等）对有机污染物的降解作用得到的加强，根系释放出的糖类、有机酸 和氨基酸等均含有碳元素，为根际微生物提供丰富的营养和能源，促进微生物的活性和生化 反应，使土壤中的微生物对有机污染物的降解效率得到提高。桑科植物和蔷薇科植物的根际 分泌物能促进多氯联苯（Polychlorinated biphenyls,PCBs）降解菌的生长，降解 PCBs
1.4植物根系过滤 植物根系过滤技术又简称根虑作用，是指通过植物根系范围内呈溶解态的金属元素被根 系吸收或被吸附在根系外表面来达到修复的目的。根系过滤主要用于处理被污染的水体，如 水生植物浮萍和凤眼莲可有效吸收、消除水体中的Cd和S,水培芥菜根系也能够沉淀水体中 的多数金属和放射性元素。 1.5植物稳定作用 植物稳定作用技术是指通过改变土壤的化学、生物、物理条件来抑制其中的污染物，使 其发生沉淀或被束缚在腐殖质中，减少它多生物和环境的危害，植物枝叶分泌物和根际分泌 物对污染物有固定作用，腐殖质对金属离子有螯合作用，施加有机肥也可以固定土壤中的多 种金属，以降低其活性。 1.6植物挥发 植物挥发技术是指植物对污染物的吸收和转化最终将其挥发到空气中，植物挥发要求被 转化后的物质毒性要小于转化前的污染物质，以减轻对环境的危害。如S、As、Hg通过甲基 化可挥发，从而达到修复土壤的目的。 2.植物修复的应用及适用条件 2.1土壤污染治理 土壤中的重金属具有移动性差、滞留时间长和难以生物降解等特点，易经过水、植物等 介质通过食物链的富集作用进入人体内，从而对人体健康造成危害。针对此状况，现己经在 研究过程中发现多种可用于改善土壤污染的植物： (1)玉米、东南景天、苎麻、黑麦草、油菜、龙葵[1这六种植物对于Cd、Pb、Z具有超 富集作用，而根据农业部对我国24个省市的320个重点污染区的土壤调查结果表明：Cd(镉)、 P%(铅)、g(汞)、Cu(铜及其复合物污染尤为明显[1]。因此可在重点污染区利用这六种植物 进行农田间隔种植，在尽量不影响原作物产量的情况下逐步改善土壤污染状况。 (2)肾蕨[2]对于重金属Cu、Fe、Zn、Cd有很好的富集作用，通过研究表明，肾蕨对重金 属Cu、Fe、Zn元素的吸附含量可达到原土壤金属元素的50%，除此之外，肾蕨对Cd元素的过 滤作用最为明显，其富集含量甚至可超过测量土壤重金属的含量。又因为肾蕨适合生长在偏 酸性的土壤中，较为耐旱，对土壤的适应能力比较强，所以可以适用于酸性重金属污染土壤 的改善。 (3)除了对于重金属的富集作用，一些植物还具有对有机农药的降解作用。菜豆的根系分
1.4 植物根系过滤 植物根系过滤技术又简称根虑作用，是指通过植物根系范围内呈溶解态的金属元素被根 系吸收或被吸附在根系外表面来达到修复的目的。根系过滤主要用于处理被污染的水体，如 水生植物浮萍和凤眼莲可有效吸收、消除水体中的 Cd 和 Se，水培芥菜根系也能够沉淀水体中 的多数金属和放射性元素。 1.5 植物稳定作用 植物稳定作用技术是指通过改变土壤的化学、生物、物理条件来抑制其中的污染物，使 其发生沉淀或被束缚在腐殖质中，减少它多生物和环境的危害，植物枝叶分泌物和根际分泌 物对污染物有固定作用，腐殖质对金属离子有螯合作用，施加有机肥也可以固定土壤中的多 种金属，以降低其活性。 1.6 植物挥发 植物挥发技术是指植物对污染物的吸收和转化最终将其挥发到空气中，植物挥发要求被 转化后的物质毒性要小于转化前的污染物质，以减轻对环境的危害。如 Se、As、Hg 通过甲基 化可挥发，从而达到修复土壤的目的。 2. 植物修复的应用及适用条件 2.1 土壤污染治理 土壤中的重金属具有移动性差、滞留时间长和难以生物降解等特点，易经过水、植物等 介质通过食物链的富集作用进入人体内，从而对人体健康造成危害。针对此状况，现已经在 研究过程中发现多种可用于改善土壤污染的植物： ⑴ 玉米、东南景天、苎麻、黑麦草、油菜、龙葵[1]这六种植物对于 Cd、Pb、Zn 具有超 富集作用，而根据农业部对我国 24 个省市的 320 个重点污染区的土壤调查结果表明：Cd(镉)、 Pb(铅)、Hg(汞)、Cu(铜)及其复合物污染尤为明显[1]。因此可在重点污染区利用这六种植物 进行农田间隔种植，在尽量不影响原作物产量的情况下逐步改善土壤污染状况。 ⑵ 肾蕨[2]对于重金属 Cu、Fe、Zn、Cd 有很好的富集作用，通过研究表明，肾蕨对重金 属 Cu、Fe、Zn 元素的吸附含量可达到原土壤金属元素的 50%，除此之外，肾蕨对 Cd 元素的过 滤作用最为明显，其富集含量甚至可超过测量土壤重金属的含量。又因为肾蕨适合生长在偏 酸性的土壤中，较为耐旱，对土壤的适应能力比较强，所以可以适用于酸性重金属污染土壤 的改善。 ⑶ 除了对于重金属的富集作用，一些植物还具有对有机农药的降解作用。菜豆的根系分
泌物以及根瘤等均能促进有机农药的降解。 2.2水体污染治理 水体污染主要是由于农药、化肥的使用及工业废水排放，导致水体中富集多种有机物和 重金属，对生态环境和动植物造成严重危害。针对此状况，现已经在研究过程中发现多种可 用于改善水体污染的植物： (I)漂浮植物：浮萍、凤眼莲。这类植物生长迅速，既能耐低温，又能耐高温。 (2)沉水植物：金鱼藻、狐尾藻。该类植物根部或扎于底泥或浮于水体，沉于水气界面之 下。 (3)浮叶植物：睡莲、荇菜。该类植物的叶漂浮于水面，而根茎常生于水体底泥之中。 (4)挺水植物：芦苇、香蒲。该类植物的根茎扎于底泥，上部则挺出水面。 以上多种水生植物常常利用光合作用而完成新陈代谢，既能够满足其自身正常生长，还 能通过其植物新陈代谢功能达到净化水体的目的。可净化的重金属有Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、 As、Hg等等，对重金属富集与净化能力很强，对含酚、甲萘胺、苯胺、多环芳香烃、农药等 的有机物污染水体均有显著净化作用，可修复水溶液中的乙疏磷、三滤杀螨醇、三氟氯氰菊 酯。 2.3大气污染治理 大气污染是由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达 到足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利或环境的现象。植物修复可通过叶片 气孔及茎叶表面对大气污染物的吸收与同化，植物根系或与根际微生物的协同作用清除沉降 进入土壤或水体的大气污染物来防治大气污染。针对此状况，现己经在研究过程中发现多种 可用于改善水体污染的植物： (1)乔木、灌木、草坪具有对大气中物理颗粒物的净化作用。其中，乔木的滞留粉尘的 作用最强，灌木和草坪相对滞留粉尘能力较低。通过实验，研究者还发现植被越多的地 方，大气污染中存在的物理性颗粒污染相对于其他地方就较低。所以，我们可以增加绿 化面积来减少大气中的物理性颗粒污染。如：在城市中加大公园的建设面积，在公园中 多种植乔木。在路边可以用灌木和草坪进行城市装点。 (2)一些植物对化学性大气污染物也具有净化作用，如竹节树、傅园榕等植物对S02 和氟化物具有较高的吸收净化能力。 3目前植物修复的局限性以及存在的问题
泌物以及根瘤等均能促进有机农药的降解。 2.2 水体污染治理 水体污染主要是由于农药、化肥的使用及工业废水排放，导致水体中富集多种有机物和 重金属，对生态环境和动植物造成严重危害。针对此状况，现已经在研究过程中发现多种可 用于改善水体污染的植物： ⑴ 漂浮植物：浮萍、凤眼莲。这类植物生长迅速，既能耐低温，又能耐高温。 ⑵ 沉水植物：金鱼藻、狐尾藻。该类植物根部或扎于底泥或浮于水体，沉于水气界面之 下。 ⑶ 浮叶植物：睡莲、荇菜。该类植物的叶漂浮于水面，而根茎常生于水体底泥之中。 ⑷ 挺水植物：芦苇、香蒲。该类植物的根茎扎于底泥，上部则挺出水面。 以上多种水生植物常常利用光合作用而完成新陈代谢，既能够满足其自身正常生长，还 能通过其植物新陈代谢功能达到净化水体的目的。可净化的重金属有 Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、 As、Hg 等等，对重金属富集与净化能力很强，对含酚、甲萘胺、苯胺、多环芳香烃、农药等 的有机物污染水体均有显著净化作用，可修复水溶液中的乙硫磷、三滤杀螨醇、三氟氯氰菊 酯。 2.3 大气污染治理 大气污染是由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达 到足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利或环境的现象。植物修复可通过叶片 气孔及茎叶表面对大气污染物的吸收与同化，植物根系或与根际微生物的协同作用清除沉降 进入土壤或水体的大气污染物来防治大气污染。针对此状况，现已经在研究过程中发现多种 可用于改善水体污染的植物： ⑴ 乔木、灌木、草坪具有对大气中物理颗粒物的净化作用。其中，乔木的滞留粉尘的 作用最强, 灌木和草坪相对滞留粉尘能力较低。通过实验, 研究者还发现植被越多的地 方, 大气污染中存在的物理性颗粒污染相对于其他地方就较低。所以, 我们可以增加绿 化面积来减少大气中的物理性颗粒污染。如:在城市中加大公园的建设面积, 在公园中 多种植乔木。在路边可以用灌木和草坪进行城市装点。 ⑵ 一些植物对化学性大气污染物也具有净化作用，如竹节树、傅园榕等植物对 SO2 和氟化物具有较高的吸收净化能力。 3 目前植物修复的局限性以及存在的问题
3.1植物在污染环境下的生长条件不易控制，对于土壤类型、土壤水分、孔隙度、土壤有机 质、PH、污染物浓度、性质和形态等一系列影响因素的研究还不够全面和系统。 3.2植物根系一般较浅，在修复土壤污染是只能局限在植物根系所能延伸的范围内，一般不 超过20cm土层厚度，对深层土壤的修复能力较差。 3.3超富集植物对重金属具有一定的选择性，即一般只对一种重金属具有富集能力，因此植 物修复的高效性在很大程度上不能得到保障。 3.4所选用的修复植物生长周期长，修复重金属污染土壤需要较长时间，在经济上不一定合 理。 4结论与展望 我国正处在发展的高速时期，不可避免地会产生较大量的各种污染，因此植物修复技术 在我国存在着巨大市场和前景。然而，由于我国植物修复技术、工程化应用和设备研发起步较 晚，现阶段无论是引进国际上的先进技术，还是自主研发都需要理性思考。考虑到我国污染 区域分布较广、污染场地复杂、污染特征各异，这对修复技术提出了更多更高的要求，现成 的技术装备可能缺乏适宜性，不一定适合在我国应用，逐步研发并推广使用于我国国情 的植物修复技术办法才是当务之急。相信的不久的将来，植物修复技术能够成为家喻户 晓的一项社会性服务技术，在环境保护和景观设计上大展身手。 参考文献 [1]王泽宇.土壤重金属污染植物修复技术的文献计量学分析[A].《环境工程》编委会、 工业建筑杂志社有限公司.《环境工程》2019年全国学术年会论文集[C].《环境工程》编委会、 工业建筑杂志社有限公司：《环境工程》编辑部，2019：6. [2]张三峰，景观植物修复对废旧铁路附近重金属过滤作用分析[丁].科技通 报，2019(06)：212-215. [3]李善升.水体污染治理中水生植物应用探讨[J].资源节约与环保，2019(06)：79. [4]郭艳春.基于水库消涨带修复措施及植物修复群落配置探析[J].黑龙江水利科 技，2019,47(05)：67-70+225. [5]刘艳丽，陈能场，周建民，徐胜光.观赏植物净化室内空气中甲醛的研究进展[J].工业 催化，2008(09)：6-11 [6]贾建青.城市大气污染的植物修复探析[J刀.化工管理，2018(04)：12-13
3.1 植物在污染环境下的生长条件不易控制，对于土壤类型、土壤水分、孔隙度、土壤有机 质、PH、污染物浓度、性质和形态等一系列影响因素的研究还不够全面和系统。 3.2 植物根系一般较浅，在修复土壤污染是只能局限在植物根系所能延伸的范围内，一般不 超过 20cm 土层厚度，对深层土壤的修复能力较差。 3.3 超富集植物对重金属具有一定的选择性，即一般只对一种重金属具有富集能力，因此植 物修复的高效性在很大程度上不能得到保障。 3.4 所选用的修复植物生长周期长，修复重金属污染土壤需要较长时间，在经济上不一定合 理。 4 结论与展望 我国正处在发展的高速时期，不可避免地会产生较大量的各种污染，因此植物修复技术 在我国存在着巨大市场和前景。然而,由于我国植物修复技术、工程化应用和设备研发起步较 晚, 现阶段无论是引进国际上的先进技术, 还是自主研发都需要理性思考。考虑到我国污染 区域分布较广、污染场地复杂、污染特征各异, 这对修复技术提出了更多更高的要求, 现成 的技术装备可能缺乏适宜性,不一定适合在我国应用,逐步研发并推广使用于我国国情 的植物修复技术办法才是当务之急。相信的不久的将来，植物修复技术能够成为家喻户 晓的一项社会性服务技术，在环境保护和景观设计上大展身手。 参考文献 [1]王泽宇. 土壤重金属污染植物修复技术的文献计量学分析[A]. 《环境工程》编委会、 工业建筑杂志社有限公司.《环境工程》2019 年全国学术年会论文集[C].《环境工程》编委会、 工业建筑杂志社有限公司:《环境工程》编辑部,2019:6. [2] 张 三 峰 . 景 观 植 物 修 复 对 废 旧 铁 路 附 近 重 金 属 过 滤 作 用 分 析 [J]. 科 技 通 报,2019(06):212-215. [3]李善升.水体污染治理中水生植物应用探讨[J].资源节约与环保,2019(06):79. [4]郭艳春.基于水库消涨带修复措施及植物修复群落配置探析[J].黑龙江水利科 技,2019,47(05):67-70+225. [5]刘艳丽,陈能场,周建民,徐胜光.观赏植物净化室内空气中甲醛的研究进展[J].工业 催化,2008(09):6-11. [6]贾建青.城市大气污染的植物修复探析[J].化工管理,2018(04):12-13
[7]刘长兵.污染土壤植物修复技术应用及存在的问题[A].中国环境科学学会.“第五届 重金属污染防治及风险评价研讨会”暨重金属污染防治专业委员会2015年学术年会论文集[C]. 中国环境科学学会：中国环境科学学会，2015：6
[7]刘长兵. 污染土壤植物修复技术应用及存在的问题[A]. 中国环境科学学会.“第五届 重金属污染防治及风险评价研讨会”暨重金属污染防治专业委员会 2015 年学术年会论文集[C]. 中国环境科学学会:中国环境科学学会,2015:6