植物在环境污染治理中的应用

贾佳敏

（河北农业大学理工系，河北 沧州 061100）

目前，我国部分地区出现了不同程度的大气污染、水污染及土壤污染，严重破坏了生态系统平衡，如何妥善处理这些环境问题已经成为人们关注的热点问题。随着社会对环境保护的重视以及研究人员对植物相关学科的研究，越来越多的人认识到植物作为一种绿色生物不仅可以美化环境，而且在环境污染治理中也能发挥积极作用。

1 植物在大气污染治理中的应用

1.1 改善温室效应

由于工业发展、人口数量增长及燃料燃烧等原因，很多地区空气中CO2的含量远远高于环境标准限值，导致了严重的温室效应。植物是一个巨大的碳库，它不仅产生O2，而且还消耗大量的CO2。在调节O2和CO2浓度平衡方面发挥着重要作用。植物对全球气候变暖的响应非常敏感，可以从不同角度反映气候变化所带来的影响。植物通过自身的光合作用平衡大气中CO2和O2的含量（如图1所示），从而减少温室气体的排放量。因此，植物响应CO2的研究意义重大。近年来，关于植物对CO2的吸收及其调控机制等问题已成为国际关注的热点之一，但是目前国内外对植物响应CO2浓度变化的研究很少，而且现有文献中有关植物对CO2的吸附机理的报导多集中在气孔的移动方面，而非直接与叶片细胞之间的物质交换过程相关，这就使得人们对于光合系统内部的能量传递过程了解较少。

图1 光合作用

1.2 去除粉尘污染

粉尘是大气中主要的污染物质，植物尤其是树木在阻挡、过滤、吸收灰尘方面具有明显效果。它吸收灰尘微粒后，在其表面形成一层膜，防止灰尘粒子与其发生接触，从而使灰尘无法进入植物内部。绿色植物能够将吸收的粉尘转化为O2，并通过气孔进行呼吸，在一定条件下，绿色植物可以有效去除灰尘颗粒。例如：叶子可以吸收空中悬浮颗粒，树干可以吸收灰尘，因此，植物也是一种高效的除尘工具。绿色植物由于其巨大的比表面积，能够吸收灰尘，从而使风速减慢。植物叶片上生长着很多绒毛，它们可以“捉住”灰尘以净化空气，这些都为植物除尘提供了重要的理论依据。

淑敏[1]等研究了不同树种的滞尘能力，各绿化树种通过提高渗透调节物质的含量和抗氧化酶的活性来提高抗尘能力，植物的生理活动在滞尘前后发生了明显变化。

1.3 去除硫酸雾

硫酸雾主要是由燃煤排放出的SO2、颗粒物以及由SO2氧化所形成的硫酸盐颗粒物造成的大气污染现象。在植物损伤阈值的临界点，植物对硫化物特别敏感，硫化物可以直接影响到植物的抗逆性。植物具有很强的吸收能力和再生潜力，硫对环境的污染可以通过植物得以净化。植物的吸收净化能力与叶片结构有关，叶片有蜡质、革质或叶面密生绒毛的植物使污染气体不能畅通地进入叶内，对植物吸收净化效果产生较大影响。植物叶片表面积较大，对SO2具有很高的吸收率，植物吸收SO2时可将其还原成单质硫并释放大量的O2，这些氧气能促进植物生长，并提高作物产量和品质。植物吸收SO2后，会生成亚硫酸盐。硫元素是植物蛋白质合成的重要组成成分，通常以硫化物或硫酸盐的形式被吸收，通过净化SO2而产生的亚硫酸盐可以成为植物的营养物质。植物体内硫含量越高，其抗逆性越强，但含硫量低的植物也能有效降低SO2浓度。

文璐[2]研究了6种绿化植物对SO2的净化能力，研究表明，在不同的SO2浓度环境下以及不同的绿色植物对SO2的净化能力不同。

2 植物在水污染治理中的应用

2.1 净化富营养化水体

富营养化水体是指水中含有大量的氮、磷等营养素所造成的环境污染，治理富营养化水体必须从改善水环境着手。在现有条件下，利用水生植物群落净化水体具有明显的优势和潜力。水生植物对富营养化水体的净化方式主要有四种：根系净化吸收、促淤防蚀、水质净化、抑制藻类生长。（1）根系净化吸收是通过根际微生物活动使营养物质向根部运输；（2）促淤防蚀的作用是通过固沙、吸附泥沙防止水流冲刷或改变水华暴发位置；（3）水质净化作用是由于有机物分解产生出有益元素（如氮源），从而促进了水体营养状态的恢复；（4）抑藻则是通过降低藻相组成以及提高透明度等手段达到控制藻类生长的目的。

伏桂仙[3]等研究了12种水生生物对水体的净化效果，结果表明不同类型的水生植物都能净化富营养化水体，但是沉水植物轮叶黑藻的净化效果最明显，挺水植物的净化效果较低。

2.2 净化黑臭水体

城市黑臭水体主要是由工业污废水排放、畜禽养殖废水排放以及生物体污染等原因造成的。相关人员主要根据氨氮含量、有机物含量以及溶解氧含量来评价水体的黑臭级别。植物具有较强的降解、吸附、过滤等功能，研究人员通过人工强化植物的生态修复作用，在治理黑臭水体方面取得了一定成果。水生植物治理黑臭水体的机理主要是植物直接吸收，根系对污染物进行吸附、过滤，通过与微生物形成共生系统降解污染物以及利用植物分泌的酶对污染物 进行降解、转化从而去除污染物。但是目前植物治理黑臭水体还存在很多问题：如生物反应器净化效果不稳定；没有有针对性地筛选出适 合于不同类型水体的优良物种或菌株；缺乏完善的检测体系和监测方法；植物种类单一，不能有效利用各种 资源等。

藕翔[4]研究了美人蕉、苦草、凤眼莲三种水生生物对不同级别黑臭水体的修复效果，与单一生态型水 生生物相比，这三种水生生物的组合具有更好的净化效果。

3 植物在土壤污染治理中的应用

植物修复技术是一种高效、经济、非破坏性的土壤净化技术。植物修复技术可以针对土壤污染物中的重金属、有机物，基于植物对特定污染物的耐受性，通过植物及其共生系统去除污染物。

根据植物对污染物的清除机理不同，植物修复技术可以分为植物提取、植物降解、植物固定和植物挥发（如图2所示）四种技术形式。（1）植物提取是指植物将污染物质直接吸收后储存在体内，然后转移到地上部分，待作物收割后再进行处理；（2）植物降解利用微生物或其它酶系将污染物质降解为二氧化碳和水或无毒性的化合物；（3）植物固定是指植物根际分泌的一些物质，可以在与土壤的共同作用下，降低污染物活性并将其固定；（4）植物挥发技术是指植物将污染物质吸收到体内后，将其转化为气态物质并释放到大气中，植物挥发技术主要用于吸收含硒的非金属元素，它通过吸收土壤中的硒，并将其转化为二甲基二硒、二甲基硒，从而减少其对环境的污染。

图2 植物修复技术的作用过程

3.1 修复重金属污染土壤

目前植物提取技术、植物固定技术、植物挥发技术主要用于修复受重金属污染的土壤。其中植物提取技术包括种子提取、根或根茎提取物提取；植物固定技术包括物理吸附、化学吸收和生物富集；植物挥发技术包括热分解、微波加热和超声波处理等。王小平[5]等研究发现酸模能够降低土壤中铬、铅的含量，有利于碱性耕地的修复。植物修复技术的核心是通过超积累植物对重金属污染土壤进行修复，超积累植物吸收的重金属含量是普通植物的100倍以上，具有良好的环境效应和经济价值。近年来国内外对超积累植物进行了大量研究，目前已发现约400多种超积累植物，但是大多数都是镍的超积累植物，其中，蜈蚣草对砷有超积累能力、东南景天对锌有超积累能力、油菜对铬有超积累能力。此外，一些超积累植物存在不同程度的毒性，例如紫茎泽兰、马齿苋、猪毛菜、小飞蓬以及苦苣苔科的百脉根和假虎耳等，这些有毒有害植物由于毒性强、难降解且不易种植等原因，限制了其应用范围。因此，开发无毒高效的重金属超积累植物受到越来越多研究人员的重视。

3.2 修复有机物质污染土壤

人们第一次使用植物来修复被有机物质污染的土地，是因为人们发现，在有植被的土壤中去除有机物质要比没有植被的土壤快得多，由此研究者展开了更深入的研究。植物对有机污染物的消除方式是植物直接吸收污染物和利用根际微生物的降解作用。根系吸收有机物后，可以将其贮存在新的组织结构中或经挥发、代谢、矿化等过程，将其转化为二氧化碳和水。植物根系分泌出大量的分泌物，其中酶对污染物降解起着重要作用，植物根际的生态环境对土壤中的有机物具有一定影响，它可以增强微生物的活性和数量，加快有机污染物质的降解。植物修复有机污染物质是当前国内外研究的热点，但该项研究仍然面临一些亟待解决的问题，研究人员应加强对植物修复有机物污染过程的动态模拟研究。

4 结语与展望

植物在治理大气、水、土壤污染方面具有重要作用，不同植物对环境修复的效果不同，单一的植物修复已不能有效改善环境污染问题，而关于多种植物联合处理的研究还比较少。目前，学界对于植物修复环境污染的机理研究尚不完善，未来研究人员仍需加强利用多种植物组合进行环境治理的研究，植物联合修复可以提高植物修复的综合效应，更好地去除污染物质。