土壤重金屬污染的污染現(xiàn)狀及治理對策

土壤重金屬污染的污染現(xiàn)狀及治理對策

20世紀50年代后，世界環(huán)境問題的出現(xiàn)，使人們想起了過去的過程和他們的行為。特別是1973年，美國海洋學者拉赫卡森出版了一本著名的科普名著《安靜的春天》，引起了全世界的關注。隨著日本1953—1956年水俁病(Hg污染)、1955—1972年骨痛病(Cd污染)以及1961年四日市哮喘病(SO2和重金屬粉塵復合污染)等事件的發(fā)生,重金屬污染問題研究被提上了議事日程。目前,重金屬引起的土壤污染正日益成為環(huán)境、土壤科學家們的研究熱點問題。重金屬是指原子密度大于5g/cm3的一類金屬元素,大約有40種,主要包括Cd、Cr、Hg、Pb、Cu、Zn、Ag、Sn等。但是,從毒性角度一般把As、Se和Al等也包括在內。重金屬離子(如Cu2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+等)是植物代謝必需的微量元素,可是一旦過量同樣具有相當毒性。土壤重金屬污染是多途徑的,既有自然因素也有人為因素。自然因素主要包括成土母質和大氣沉降等;人為因素主要包括農藥、化肥和塑料薄膜的使用,污水灌溉和污泥農用等。土壤一旦被重金屬污染,不僅導致土壤退化、農作物產量和品質的降低,而且通過徑流和淋洗作用污染地表水和地下水,惡化水文環(huán)境,并可能通過直接接觸、食物鏈等途徑危及人類的生命和健康。尤其嚴重的是有毒重金屬在土壤系統(tǒng)中的污染過程常具有隱蔽性、長期性和不可逆性的特點。因此,污染土壤的修復問題已成為環(huán)境科學研究日益活躍的領域,同時也是世界性的難題。土壤重金屬污染的傳統(tǒng)修復方法通常采用物理、化學的方法,如排土填埋法、稀釋法、淋洗法、物理分離法、穩(wěn)定化及電化學法等。傳統(tǒng)的土壤重金屬污染治理方法雖然治理效果較好,歷時較短,但這些方法往往有許多缺陷,如成本高,難于管理,易造成二次污染,對環(huán)境擾動大等。1983年美國科學家Chaney首次提出了利用能夠富集重金屬的植物來清除土壤重金屬污染的設想,即植物修復技術。植物修復是利用可超富集重金屬的植物吸收、積累環(huán)境中的污染物,并降低其毒害的環(huán)保生物技術。它具有傳統(tǒng)環(huán)境修復技術所不具備的優(yōu)點,表現(xiàn)為治理效果的永久性、治理過程的原位性(對土壤環(huán)境擾動小)、治理成本的低廉性、環(huán)境美學的兼容性。修復過程一般無二次污染,某些金屬元素甚至可回收利用,但也存在一些缺陷性和局限性。本文系統(tǒng)的綜述了土壤重金屬植物修復方面的相關問題,以期推動國內在這一國際熱點領域的研究。1超過積累的植物1.1超富集植物聚合酶1583年,意大利植物學家Cesalpino首次發(fā)現(xiàn)在意大利托斯卡納“黑色的巖石”上生長的特殊植物,這是有關超富集植物(Hyperaccumulator)的最早報道;1814年,Desvaux將其命名為Alyssumbertolonii;1848年,Minguzzi和Vergnano首次測定該植物葉片中含Ni量達7900mg/kg;1977年,Brooks提出超富集植物的概念;1983年,Chaney提出利用超富集植物清除土壤中的重金屬,即植物修復。英國Sheffield大學的Baker提出超富集植物具有清潔金屬污染土壤和實現(xiàn)金屬生物回收的實際可能性,以及這種植物具有與一般植物不同的生理特性。重金屬超積累植物是植物修復的核心部分,只有找到對應的重金屬超積累植物才能具體的實施植物修復。超富集植物主要是指那些對重金屬具有特別的吸收能力,而本身不受毒害的植物種和基因型,即重金屬的“超富集植物”(Hyperaccumulator)。重金屬超積累植物應具有以下幾個重要特征:第一,超積累植物地上部分的重金屬含量是同等生境條件下其它普通植物含量的100倍以上;第二,在重金屬污染地生長旺盛,生物量大,能正常完成生活史,一般不會發(fā)生重金屬毒害現(xiàn)象;第三,由于不同重金屬在地殼中的豐度以及在土壤和植物中的背景值存在較大差異,因此對不同重金屬,其超富集植物富集質量分數(shù)界限也有所不同。目前采用較多的是Baker和Brooks提出的參考值,植物體內重金屬臨界含量為Zn10000mg/kg,Cd100mg/kg,Au1mg/kg,Pb、Cu、Ni、Co均為1000mg/kg。同時,這些植物轉運系數(shù)S/R(S和R分別指植物地上部和根中重金屬含量)應大于1。目前已發(fā)現(xiàn)的有富集作用的超積累植物有400多種。1.2超積累植物在空間和科屬分布特征1.2.1地表上的植被從空間上看,超積累植物一般只生長在礦山區(qū)、成礦作用帶或者由富含某種或某些化學元素的巖石風化而成的地表土壤上,它們常常構成一個孤立的“生態(tài)學島嶼”,種類組成明顯不同于島外的植被。在正常土壤環(huán)境與重金屬超常土壤環(huán)境相鄰區(qū),常?？梢砸姷絻烧咧g存在截然不同的植被類型分界線,這些生長在重金屬超常環(huán)境中的植物通常是一些特有種,其中某些植物可能就是重金屬超積累植物或積累植物。1.2.2鎳超積累植物的分布超積累植物不僅在時空上有一定的分布特點,而且在植物科屬內同樣也有一定的分布特點。以鎳超積累植物為例,據(jù)不完全統(tǒng)計,已發(fā)現(xiàn)的230余種鎳超積累植物主要分布于“五科、十屬”內。“五科”是指大戟科、大風子科、十字花科、堇菜科和苦腦尼亞科;“十屬”是指庭芥屬、油柑屬、白巴豆屬、黃楊屬、遏藍菜屬、柞木屬、天料木屬、geissois屬、bornmuellera屬和鼠鞭草屬。1.3超積累植物的應用優(yōu)勢盡管超積累植物在修復土壤重金屬污染方面表現(xiàn)出很高的潛力,但超積累植物的一些固有特性給植物修復技術帶來了很大限制。首先,大部分超積累植物植株矮小,生物量低,生長緩慢,因而修復效率受到很大影響,且不易機械化作業(yè)。其次,超積累植物多為野生型植物,對生物氣候條件的要求也比較嚴格,區(qū)域性分布較強,嚴格的適生性使成功引種受到嚴重限制。再次,超積累植物專一性強,一種植物往往只作用于一種或兩種特定的重金屬元素,對土壤中其他含量較高的重金屬則表現(xiàn)出中毒癥狀,從而限制了在多種重金屬污染土壤治理方面的應用前景。最后,植物器官往往會通過腐爛、落葉等途徑使重金屬重返土壤。2超積層植物吸收土壤重金屬的過程2.1根際土壤重金屬污染物的分布和分布植物根際環(huán)境(rhizosphere)在重金屬從根部向植物莖葉器官的轉移過程中發(fā)揮著極為重要的作用,它是植物、微生物、土壤相互作用的場所,也是土壤水分、養(yǎng)分、污染物進入植物體的初始通道。根際的物理、化學和生物學性質影響到根際土壤重金屬的存在形態(tài)、分布、遷移和生物有效性,使得重金屬污染物在根際土壤中表現(xiàn)出一些特殊的化學行為。超積累植物能大量吸收重金屬是由于它們有強大的根部金屬吸收系統(tǒng),它們不僅可以從金屬濃度很高的介質中吸收和蓄積重金屬,而且也可以從金屬濃度較低的介質中積累金屬。2.2金屬向木質部的運輸金屬離子從根部向莖遷移主要是受兩個過程制約:一個過程是進入根部木質部的運動;另一個過程是通過葉部葉肉細胞隨蒸騰流吸收重金屬。研究資料表明,金屬進入木質部所需的能量來自木質部薄壁細胞膜上的H+-ATPase產生的負性跨膜電勢。在超積累植物中,可能會存在更多的離子運輸體或蛋白通道,從而促進重金屬向木質部的運輸,但這一點還沒有得到證實。植物莖部是金屬從根部到葉部運輸?shù)墓艿?相對來說,葉部莖部的蒸騰速率是最高的,所以最高的木質部流被認為是到達莖部組織和部分葉部組織的。2.3分布在質外體和液泡中的zn重金屬區(qū)室化是植物重金屬抗性的重要機制之一,先進的分析手段已經提供了關于金屬在超積累植物中位置的信息。研究表明,在組織水平上,重金屬主要分布在表皮細胞、亞表皮細胞和表皮毛中;細胞水平上,重金屬主要分布在質外體和液泡中。Lasat等認為T.caerulescens能使Zn有效地分布在液泡中,從而使液泡成為向地上部分運輸?shù)馁A存庫。借助能散X射線微區(qū)分析,Vazquaz等發(fā)現(xiàn)T.caerulescens植物葉片中,Zn大部分積累在表皮與亞表皮細胞的液泡里,僅有少量積累在細胞壁。鎘超富集植物印度芥菜表皮毛中的鎘含量比葉片組織高43倍,其主要的解毒機制就是把鎘貯存在葉片的表皮毛中。Brooks等對A.serpyllifolium的組織進行離心分離,發(fā)現(xiàn)72%的Ni分布在液泡中。蠅子草屬的S.vulganris和S.cucubalus的耐性細胞系通過降低銅和鎘向細胞質中運輸?shù)乃俾识舛尽?phyto,remintion”植物修復最初出現(xiàn)在技術詞典是1994年。在英文中植物修復一詞為“Phytoremediation”其中的“Phyto”為希臘語“植物”之意,而“Remediation”則取自于拉丁語,意為“修復”。植物修復是利用可超富集重金屬的植物吸收、積累環(huán)境中的污染物,并降低其毒害的環(huán)保生物技術。根據(jù)修復植物在某一方面的修復功能和特點可將植物修復分為三種基本類型:植物提取修復,植物穩(wěn)定修復和植物揮發(fā)修復。3.1超積累植物的應用利用重金屬積累植物或超積累植物將土壤中的重金屬提取出來,富集并搬運到植物根部可收割部分和植物地上的枝條部位。植物提取修復是目前研究最多且最有發(fā)展前途的一種植物修復技術。這些植物有兩大類:超積累植物和誘導的積累植物。前者是指一些具有很強的吸收重金屬并運輸?shù)降厣喜糠e累能力的植物;后者則是指一些不具有超積累特性但通過一些過程可以誘導出超量積累能力的植物。Salt等把利用超積累植物吸收土壤重金屬并降低其含量的方法稱之為持續(xù)的植物提取(continuousphytoremediation),而把利用螯合劑來促進普通植物來吸收土壤重金屬的方法稱之為誘導的植物提取(inducedphytoremediation)。具有高生物量的可用于誘導植物提取的植物有印度芥菜、玉米和向日葵等。超積累植物由于具有很強的吸收和積累重金屬的能力,從而在修復重金屬污染土壤方面表現(xiàn)出極大的潛力。3.1.1超積累植物對zn凈化的凈化效果室內實驗和田間試驗均證明超積累植物在凈化重金屬污染土壤方面具有極大的潛力。Baker等人在英國的IACR-Rothamsted(洛桑)試驗站進行了超量積累植物的首次田間試驗,結果顯示,超積累植物T.caerulescens在凈化Zn污染土壤方面具有極大的潛力。然而T.caerulescens生長速度很慢,植株矮小,單株干物質重量小,這為生產上實際應用帶來很大的困難。3.1.2重金屬對植物的影響誘導性的植物提取包括兩個基本階段:一是土壤中束縛態(tài)重金屬轉化為非束縛態(tài);二是重金屬向植物可收獲的地上部運輸。螯合物的作用在于增加金屬離子在土壤溶液中的溶解度,然后重金屬通過蒸騰流在木質部運輸,并以金屬-螯合物的形式運至地上部。金屬螯合物在地上部的富集量取決于根系的表面積以及植物體內的毛細管系統(tǒng)。植物修復的效果常常受土壤中重金屬低生物有效性的限制。一些人工合成的螯合劑EDTA、DTPA、CDTA、EGTA及檸檬酸明顯促進Cd和Pb在植物體內的積累和向地上部的運輸。不同螯合劑促進植物對Pb吸收的效應與螯合劑促進Pb從土壤解吸的效應相一致:EDTA>DTPA>CDTA>EGTA>EDDHA。向被不同重金屬污染的土壤加入EDTA,印地安芥子吸收Cd、Cu、Ni、Zn的量明顯增加,表明金屬螯合物對植物吸收重金屬有協(xié)同作用,進一步研究表明還表現(xiàn)出一定的特異性。例如,EDTA對Pb更有效;EGTA對Cd更有效。但是,我們需要注意的是一方面螯合劑的施用有可能對地下水帶來二次污染,產生新的環(huán)境問題;另一方面施加螯合劑常常影響植物正常生長,甚至死亡。因此,為了避免和降低由于施用螯合劑的施用對環(huán)境和植物產生的不利影響,螯合劑的施用時間也非常重要。3.2植物一種生物方法植物揮發(fā)是利用植物的吸收、積累和揮發(fā)而減少土壤中一些揮發(fā)性污染物,即植物將污染物吸收到體內后將其轉化為氣態(tài)物質釋放到大氣中。目前,在這方面研究最多的是金屬元素汞和非金屬元素硒。硒是動物和人體必需的營養(yǎng)元素,一旦缺乏容易引起克山病和大骨節(jié)病。但硒的作用范圍很窄,過量的硒易引起中毒。硒的化合物形態(tài)對人的毒性最強,元素硒毒性最小。硒以硒酸鹽、亞硒酸鹽和有機態(tài)硒為植物所吸收。許多植物可從污染土壤中吸收硒并將其轉化成可揮發(fā)狀態(tài),從而降低硒對土壤生態(tài)系統(tǒng)的毒性。揮發(fā)植物主要是將毒性大的化合態(tài)硒轉化為基本無毒的二甲基硒((CH3)2Se)揮發(fā)掉,其中限速步驟可能是SeO4-2向SeO3-2的還原。根際細菌在植物揮發(fā)硒的過程中也能起作用。根際細菌不僅能增強植物對硒的吸收,而且還能提高硒的揮發(fā)率。進一步實驗表明,對滅菌的植株接種根際細菌后,其根內的硒濃度增加了5倍,硒的揮發(fā)作用也增強了4倍,這可能是因為由微生物引起的對硒吸收量的增加。汞是一種對環(huán)境危害很大的易揮發(fā)性重金屬,在土壤中以多種形態(tài)存在,如無機汞,有機汞。離子態(tài)汞(Hg2+)在厭氧細菌作用下會轉化為毒性更大的甲基汞(MeHg)。利用抗汞細菌在污染點存活繁殖,然后通過酶的作用將甲基汞和離子態(tài)汞轉化為毒性小、可揮發(fā)的單質汞,已被作為一種降低汞毒性的生物途徑之一。當前研究利用轉基因植物揮發(fā)污染土壤中的汞,即利用分子生物學技術將細菌體內有機汞裂解酶和汞還原酶基因轉導到植物(如擬南芥)中,進行植物揮發(fā)修復。已有的研究表明,細菌體內的汞還原酶基因可以在擬南芥中表達,表現(xiàn)出良好的修復潛力。植物揮發(fā)修復技術只限于揮發(fā)性重金屬的修復,應用范圍較小,而且將汞、硒等揮發(fā)性重金屬轉移到大氣中有沒有環(huán)境風險仍有待于進一步研究。3.3重金屬污染土壤的穩(wěn)定修復工作利用重金屬耐性植物降低重金屬的活性,從而減少重金屬被淋濾到地下水或通過空氣載體擴散進一步污染環(huán)境的可能性。目前,該技術在礦區(qū)大量使用,如廢棄礦山的復墾工程,各種尾礦庫的植被重建等。值得注意的是植物穩(wěn)定也并沒有將重金屬從土壤中徹底清除,當土壤環(huán)境發(fā)生變化時仍可能重新活化并恢復毒性。植物穩(wěn)定修復的作用主要有兩方面:一是通過根部累積、沉淀、轉化重金屬,或通過根表面吸附作用固定重金屬。二是保護污染土壤不受風蝕、水蝕,減少重金屬滲漏污染地下水和向四周遷移污染周圍環(huán)境。重金屬在土壤中可與有機物如木質素、腐殖質等結合,或在含鐵氫氧化物或鐵氧化物表面形成重金屬沉淀及多價螯合物,從而降低了重金屬的可移動性和生物有效性。穩(wěn)定修復植物利用和強化了這一過程,進一步降低了重金屬的可移動性和植物有效性。穩(wěn)定修復植物一般具有兩個特征:一是能在高含量重金屬污染土壤上生長;二是根系及分泌物能夠吸附、沉淀或還原重金屬。利用固化植物穩(wěn)定重金屬污染土壤最有應用前景的是Pb和Cr。一般來說,土壤中Pb的生物有效性較高,但Pb的磷酸鹽礦物則比較難溶,很難為生物所利用。植物穩(wěn)定修復并沒有從土壤中將重金屬去除,只是暫時將其固定,在減少污染土壤中重金屬向四周擴散的同時,也減少其對土壤中的生物的傷害。但如果環(huán)境條件發(fā)生變化,重金屬的可利用性可能又會發(fā)生變化,因而,沒有徹底解決重金屬污染問題。重金屬污染土壤的植物穩(wěn)定修復是一項正在發(fā)展中的技術,若與原位化學鈍化技術相結合可能會顯示出更大的應用潛力。未來的研究方向可能是耐性植物、特異根分泌植物的篩選,以及穩(wěn)定修復植物與原位鈍化聯(lián)合修復技術的研究。4重金屬絕對吸收技術目前廣大科學家多年來致力追求某種在增加植物生物量同時又大幅度提高對重金屬絕對吸收的技術,從國內外已發(fā)表的文獻資料來看,主要的技術包括基因工程技術,螯合誘導修復技術,接種菌根強化植物吸收技術,二氧化碳誘導植物超積累技術。4.1基因序列及超積累該技術的基本原理是將異源基因在目標植物體內進行有效的表達。理論上講,可作為在超積累植物或具有高生物量的植物體中進行表達并對重金屬污染土壤有修復作用的目的基因主要是參與重金屬吸收、轉運、轉化、隔離、絡合及揮發(fā)等過程的基因。1996年由Silver等提出基因工程設計超積累植物的基本程序,主要包括3個基本步驟:第一,通過生物化學、分子生物學等方法識別超積累植物體內控制耐性和累積機制的基因;第二,提取或克隆這些基因并在特定的受體細胞中與載體一起復制和表達使受體細胞獲得新的遺傳特性;第三,轉基因進行田間試驗確定是否能達到對重金屬超積累的目的。在汞污染的土壤中有一種優(yōu)勢細菌,具有把甲基汞轉變?yōu)殡x子汞,離子汞轉變?yōu)閱钨|汞,并將其排出體內的能力。從細菌中分離出兩種控制基因merB和merA,merB基因編碼甲基汞還原酶,可以把甲基汞還原為Hg2+,merA基因編碼汞離子還原酶,可以進一步將Hg2+還原為汞原子而揮發(fā)到空氣中。只有這兩種基因同時表達,才能使甲基汞還原為原子汞揮發(fā)到空氣。Rugh將改造的merA導入了黃白楊(Liriodendrontulipifera),獲得的轉基因植株比對照單質Hg的產量提高了10倍以上。Feng把中國倉鼠中的排異基因,轉導到十字花科作物蕪箐(BrassicarapaL.)體內后,蕪箐根部富集了大量鎘,而植物莖、葉中鎘含量很低。通過基因工程技術將排異基因轉移克隆到農作物中,對重金屬植物修復有著深遠的意義。金屬硫蛋白(MTs)廣泛存在于動物植物和原核生物中它除了具有多種生物功能外還能降低重金屬對植物的傷害和促進植物對重金屬的吸收。目前,許多植物中的植物絡合素合成酶基因已被識別,該基因可在轉基因植物中誘導合成含量較高的植物絡合素(PCs),可以提高植物對Cd的耐性和積累。隨著現(xiàn)代分子生物技術的發(fā)展,適應各種需求的轉基因植物將會誕生,必將為植物修復的發(fā)展開辟廣闊的應用前景。但是,在利用轉基因植物提高植物修復效率的同時我們還必須考慮到轉基因植物給生態(tài)環(huán)境帶來的潛在威脅。4.2其他環(huán)境因子的影響螯合誘導技術的基本原理是通過螯合劑或移動劑的媒介作用打破重金屬等污染物在土壤液相和固相之間的分配平衡,使污染物更多的以液相的形式存在。螯合劑的主要作用體現(xiàn)在增加土壤中重金屬的溶解度,提高重金屬根際擴散能力和促進重金屬自根系向地上部轉運。目前常用的螯合劑主要有兩類:一類是人工合成的螯合劑;另一類是天然的螯合劑。前者如乙二胺四乙酸(EDTA)、羥乙基替乙二胺三乙酸(HEDTA)、乙基三胺五乙酸(DTPA)、乙二醇雙四乙酸(EGTA)、氨基三乙酸(NTA)、乙二胺二乙酸(EDDHA)、環(huán)己烷二胺四乙酸(CDTA)、乙二胺二琥珀酸(EDDS)等;后者主要是一些低分子量有機酸,如檸檬酸、草酸、酒石酸等,也包括無機化合物如硫氰化銨等。對于不同的超積累植物和不同的環(huán)境污染物應選擇合適的螯合劑。如EDGA對Cd、EDTA對Pb、檸檬酸對U有較好的選擇性。在EDTA、NTA、HEDTA、DTPA等螯合劑中,EDTA螯合誘導植物提取重金屬的效果最好。一般而言,某種螯合劑與重金屬離子形成的螯合物的穩(wěn)定常數(shù)越大,該種螯合劑活化對應重金屬的能力就越強,土壤溶液中這種重金屬濃度也就越高。HongChen等研究了向日葵(Helianthusannuus)在不添加和添加EDTA、HEDTA后向日葵莖葉中Cd、Ni的含量差別及施用量對向日葵吸收重金屬的影響,結果表明,添加EDTA、HEDTA后向日葵莖葉中Cd、Ni的含量由不添加的34mg·kg-1、15mg·kg-1分別增至115mg·kg-1、117mg·kg-1;1.0mg·kg-1的HEDTA和EDTA對土壤Ni的活化效果要比0.5mg·kg-1的EDTA和HEDTA好,但0.5mg·kg-1的EDTA能獲得更高的生物量。Grcman等采用土柱生長試驗研究EDTA和EDDS對蕪菁(Brassicarapa)吸收Pb的影響,結果表明施加EDTA和EDDS與對照相比蕪菁對Pb吸收量分別增加158倍和89倍。EDDS與EDTA相比,EDDS對植物與土壤微生物的毒性弱得多。有研究表明向鉛污染土壤中加入1.0g·kg-1EDTA24h后,Pb從作物根向枝干部分的轉移量與對照相比,提高了120倍。由于螯合劑的加入對土壤污染物的活化能力快過植物根際吸收污染物的能力,因此,施加螯合劑在提高重金屬溶解性的同時也帶來潛在的環(huán)境風險。尤其對地下水的潛在污染威脅愈來愈引起人們的關注。Clothier的土柱生長試驗表明,加入螯合劑后,Cu流失進入地下水的量達到土柱總Cu量的20%。Vogeler向銅污染土壤中加入EDTA7天后Cu開始淋溶遷移,16天后Cu遷移量達到最大。EDTA的活化作用可使Cu向下轉移700cm。另外螯合誘導修復過程中需考慮其他環(huán)境因子pH、Eh或其他改良劑的影響。這樣不僅提高植物富集重金屬效率,也可以減少螯合劑的施用量,降低螯合劑對環(huán)境的負面影響。Jonathan試驗發(fā)現(xiàn)施用堿性生物固體(alkalinebiosolids)后,再添加EDTA,植物Pb的富集量卻沒有再提高。4.3菌根真菌對重金屬污染的抗性菌根(Mycorrhizae)是土壤真菌與植物營養(yǎng)根結合形成的一種互惠互利的共生體,廣泛存在于自然界中。目前,根據(jù)菌根真菌的菌絲體在寄主根部形成的形態(tài)結構,以及它們同寄主之間的營養(yǎng)關系,菌根主要可以分為三種類型:即外生菌根(ecto-mycorrhizae),內生菌根(en-domycorrhizae)和內外生菌根(ectendomycorrhizae)。大量的研究發(fā)現(xiàn),菌根真菌能夠提高寄主植物抗重金屬毒害的能力,但其抗性機理還沒有完全清楚。人們希望通過給植物接種菌根真菌來緩解重金屬對植物的影響,促進重金屬污染土壤植物的栽培,生長,繼而達到修復重金屬污染土壤的目的。菌根植物抗重金屬毒害的可能機理從理論上講,菌根真菌或者通過直接影響金屬的生物有效性,或者通過間接調節(jié)植物的生理過程,如光合作用,來改變其寄主植物對金屬的敏感性。菌根分泌物可能調節(jié)菌根根際環(huán)境,影響根際pH和氧化還原電位,從而影響重金屬的生物有效性。Rigou等研究發(fā)現(xiàn),接種菌根真菌的松苗根能夠分泌更多的質子,并改變根際pH環(huán)境,從而影響土壤重金屬及其他化合物的生物有效性。Denny等也認為菌根菌絲分泌物可能改變了環(huán)境中的重金屬有效性,從而降低了它們的毒性。菌根能分泌大量的黏液,其中含有有機酸、蛋白質、氨基酸和糖類等。接種菌根真菌后,分泌物的糖類和氨基酸含量有所增加。當重金屬過量時,菌根分泌的黏液能與重金屬結合,從而減弱重金屬的毒性,并阻止其向根部運輸。Denny等指出,重金屬不是被積累在真菌細胞質,而是積累在真菌細胞壁或菌絲分泌物上。通過研究重金屬對菌根和非菌根根際脫氫酶活性的影響發(fā)現(xiàn),重金屬對脫氫酶活性有很大的影響,同時在高的重金屬濃度下,重金屬能顯著地降低非菌根根際酶的活性。目前,菌根真菌作為生物肥料和植物激素,可以為農業(yè)和環(huán)境提供自然調節(jié)的作用。我國在這一領域的研究才剛剛開始,還有很廣闊的研究和應用前景。4.4對植物的影響光合作用是植物生命活動的關鍵過程,二氧化碳在植物光合作用起著非常重要的作用,它可使某些植物在重金屬脅迫等逆境環(huán)境中光合作用更強,生長更旺,從環(huán)境中攝取的營養(yǎng)物質更多,從而使植物具有更強的抵御不良環(huán)境的能力。二氧化碳誘導植物超積累修復技術的基本原理是,增加大氣中二氧化碳濃度不僅增強植物對污染環(huán)境的能力,提高植物生物量,而且還能夠強化植物對重金屬等污染物的吸收甚至誘導植物超積累某些重金屬,進而提高重金屬污染土壤植物萃取技術的絕對效率和相對效率。目前公認CO2濃度加倍可使植物產量增加30%左右。Tang試驗發(fā)現(xiàn),CO2濃