賈佳敏

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理工系，河北 滄州 061100）

目前，我國(guó)部分地區(qū)出現(xiàn)了不同程度的大氣污染、水污染及土壤污染，嚴(yán)重破壞了生態(tài)系統(tǒng)平衡，如何妥善處理這些環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視以及研究人員對(duì)植物相關(guān)學(xué)科的研究，越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到植物作為一種綠色生物不僅可以美化環(huán)境，而且在環(huán)境污染治理中也能發(fā)揮積極作用。

1 植物在大氣污染治理中的應(yīng)用

1.1 改善溫室效應(yīng)

由于工業(yè)發(fā)展、人口數(shù)量增長(zhǎng)及燃料燃燒等原因，很多地區(qū)空氣中CO2的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)限值，導(dǎo)致了嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。植物是一個(gè)巨大的碳庫(kù)，它不僅產(chǎn)生O2，而且還消耗大量的CO2。在調(diào)節(jié)O2和CO2濃度平衡方面發(fā)揮著重要作用。植物對(duì)全球氣候變暖的響應(yīng)非常敏感，可以從不同角度反映氣候變化所帶來(lái)的影響。植物通過(guò)自身的光合作用平衡大氣中CO2和O2的含量（如圖1所示），從而減少溫室氣體的排放量。因此，植物響應(yīng)CO2的研究意義重大。近年來(lái)，關(guān)于植物對(duì)CO2的吸收及其調(diào)控機(jī)制等問(wèn)題已成為國(guó)際關(guān)注的熱點(diǎn)之一，但是目前國(guó)內(nèi)外對(duì)植物響應(yīng)CO2濃度變化的研究很少，而且現(xiàn)有文獻(xiàn)中有關(guān)植物對(duì)CO2的吸附機(jī)理的報(bào)導(dǎo)多集中在氣孔的移動(dòng)方面，而非直接與葉片細(xì)胞之間的物質(zhì)交換過(guò)程相關(guān)，這就使得人們對(duì)于光合系統(tǒng)內(nèi)部的能量傳遞過(guò)程了解較少。

圖1 光合作用

1.2 去除粉塵污染

粉塵是大氣中主要的污染物質(zhì)，植物尤其是樹(shù)木在阻擋、過(guò)濾、吸收灰塵方面具有明顯效果。它吸收灰塵微粒后，在其表面形成一層膜，防止灰塵粒子與其發(fā)生接觸，從而使灰塵無(wú)法進(jìn)入植物內(nèi)部。綠色植物能夠?qū)⑽盏姆蹓m轉(zhuǎn)化為O2，并通過(guò)氣孔進(jìn)行呼吸，在一定條件下，綠色植物可以有效去除灰塵顆粒。例如：葉子可以吸收空中懸浮顆粒，樹(shù)干可以吸收灰塵，因此，植物也是一種高效的除塵工具。綠色植物由于其巨大的比表面積，能夠吸收灰塵，從而使風(fēng)速減慢。植物葉片上生長(zhǎng)著很多絨毛，它們可以“捉住”灰塵以?xún)艋諝猓@些都為植物除塵提供了重要的理論依據(jù)。

淑敏[1]等研究了不同樹(shù)種的滯塵能力，各綠化樹(shù)種通過(guò)提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量和抗氧化酶的活性來(lái)提高抗塵能力，植物的生理活動(dòng)在滯塵前后發(fā)生了明顯變化。

1.3 去除硫酸霧

硫酸霧主要是由燃煤排放出的SO2、顆粒物以及由SO2氧化所形成的硫酸鹽顆粒物造成的大氣污染現(xiàn)象。在植物損傷閾值的臨界點(diǎn)，植物對(duì)硫化物特別敏感，硫化物可以直接影響到植物的抗逆性。植物具有很強(qiáng)的吸收能力和再生潛力，硫?qū)Νh(huán)境的污染可以通過(guò)植物得以?xún)艋?。植物的吸收凈化能力與葉片結(jié)構(gòu)有關(guān)，葉片有蠟質(zhì)、革質(zhì)或葉面密生絨毛的植物使污染氣體不能暢通地進(jìn)入葉內(nèi)，對(duì)植物吸收凈化效果產(chǎn)生較大影響。植物葉片表面積較大，對(duì)SO2具有很高的吸收率，植物吸收SO2時(shí)可將其還原成單質(zhì)硫并釋放大量的O2，這些氧氣能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，并提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。植物吸收SO2后，會(huì)生成亞硫酸鹽。硫元素是植物蛋白質(zhì)合成的重要組成成分，通常以硫化物或硫酸鹽的形式被吸收，通過(guò)凈化SO2而產(chǎn)生的亞硫酸鹽可以成為植物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。植物體內(nèi)硫含量越高，其抗逆性越強(qiáng)，但含硫量低的植物也能有效降低SO2濃度。

文璐[2]研究了6種綠化植物對(duì)SO2的凈化能力，研究表明，在不同的SO2濃度環(huán)境下以及不同的綠色植物對(duì)SO2的凈化能力不同。

2 植物在水污染治理中的應(yīng)用

2.1 凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體

富營(yíng)養(yǎng)化水體是指水中含有大量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)素所造成的環(huán)境污染，治理富營(yíng)養(yǎng)化水體必須從改善水環(huán)境著手。在現(xiàn)有條件下，利用水生植物群落凈化水體具有明顯的優(yōu)勢(shì)和潛力。水生植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化方式主要有四種：根系凈化吸收、促淤防蝕、水質(zhì)凈化、抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)。（1）根系凈化吸收是通過(guò)根際微生物活動(dòng)使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)向根部運(yùn)輸；（2）促淤防蝕的作用是通過(guò)固沙、吸附泥沙防止水流沖刷或改變水華暴發(fā)位置；（3）水質(zhì)凈化作用是由于有機(jī)物分解產(chǎn)生出有益元素（如氮源），從而促進(jìn)了水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的恢復(fù)；（4）抑藻則是通過(guò)降低藻相組成以及提高透明度等手段達(dá)到控制藻類(lèi)生長(zhǎng)的目的。

伏桂仙[3]等研究了12種水生生物對(duì)水體的凈化效果，結(jié)果表明不同類(lèi)型的水生植物都能凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體，但是沉水植物輪葉黑藻的凈化效果最明顯，挺水植物的凈化效果較低。

2.2 凈化黑臭水體

城市黑臭水體主要是由工業(yè)污廢水排放、畜禽養(yǎng)殖廢水排放以及生物體污染等原因造成的。相關(guān)人員主要根據(jù)氨氮含量、有機(jī)物含量以及溶解氧含量來(lái)評(píng)價(jià)水體的黑臭級(jí)別。植物具有較強(qiáng)的降解、吸附、過(guò)濾等功能，研究人員通過(guò)人工強(qiáng)化植物的生態(tài)修復(fù)作用，在治理黑臭水體方面取得了一定成果。水生植物治理黑臭水體的機(jī)理主要是植物直接吸收，根系對(duì)污染物進(jìn)行吸附、過(guò)濾，通過(guò)與微生物形成共生系統(tǒng)降解污染物以及利用植物分泌的酶對(duì)污染物 進(jìn)行降解、轉(zhuǎn)化從而去除污染物。但是目前植物治理黑臭水體還存在很多問(wèn)題：如生物反應(yīng)器凈化效果不穩(wěn)定；沒(méi)有有針對(duì)性地篩選出適 合于不同類(lèi)型水體的優(yōu)良物種或菌株；缺乏完善的檢測(cè)體系和監(jiān)測(cè)方法；植物種類(lèi)單一，不能有效利用各種 資源等。

藕翔[4]研究了美人蕉、苦草、鳳眼蓮三種水生生物對(duì)不同級(jí)別黑臭水體的修復(fù)效果，與單一生態(tài)型水 生生物相比，這三種水生生物的組合具有更好的凈化效果。

3 植物在土壤污染治理中的應(yīng)用

植物修復(fù)技術(shù)是一種高效、經(jīng)濟(jì)、非破壞性的土壤凈化技術(shù)。植物修復(fù)技術(shù)可以針對(duì)土壤污染物中的重金屬、有機(jī)物，基于植物對(duì)特定污染物的耐受性，通過(guò)植物及其共生系統(tǒng)去除污染物。

根據(jù)植物對(duì)污染物的清除機(jī)理不同，植物修復(fù)技術(shù)可以分為植物提取、植物降解、植物固定和植物揮發(fā)（如圖2所示）四種技術(shù)形式。（1）植物提取是指植物將污染物質(zhì)直接吸收后儲(chǔ)存在體內(nèi)，然后轉(zhuǎn)移到地上部分，待作物收割后再進(jìn)行處理；（2）植物降解利用微生物或其它酶系將污染物質(zhì)降解為二氧化碳和水或無(wú)毒性的化合物；（3）植物固定是指植物根際分泌的一些物質(zhì)，可以在與土壤的共同作用下，降低污染物活性并將其固定；（4）植物揮發(fā)技術(shù)是指植物將污染物質(zhì)吸收到體內(nèi)后，將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)并釋放到大氣中，植物揮發(fā)技術(shù)主要用于吸收含硒的非金屬元素，它通過(guò)吸收土壤中的硒，并將其轉(zhuǎn)化為二甲基二硒、二甲基硒，從而減少其對(duì)環(huán)境的污染。

圖2 植物修復(fù)技術(shù)的作用過(guò)程

3.1 修復(fù)重金屬污染土壤

目前植物提取技術(shù)、植物固定技術(shù)、植物揮發(fā)技術(shù)主要用于修復(fù)受重金屬污染的土壤。其中植物提取技術(shù)包括種子提取、根或根莖提取物提??；植物固定技術(shù)包括物理吸附、化學(xué)吸收和生物富集；植物揮發(fā)技術(shù)包括熱分解、微波加熱和超聲波處理等。王小平[5]等研究發(fā)現(xiàn)酸模能夠降低土壤中鉻、鉛的含量，有利于堿性耕地的修復(fù)。植物修復(fù)技術(shù)的核心是通過(guò)超積累植物對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)，超積累植物吸收的重金屬含量是普通植物的100倍以上，具有良好的環(huán)境效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)超積累植物進(jìn)行了大量研究，目前已發(fā)現(xiàn)約400多種超積累植物，但是大多數(shù)都是鎳的超積累植物，其中，蜈蚣草對(duì)砷有超積累能力、東南景天對(duì)鋅有超積累能力、油菜對(duì)鉻有超積累能力。此外，一些超積累植物存在不同程度的毒性，例如紫莖澤蘭、馬齒莧、豬毛菜、小飛蓬以及苦苣苔科的百脈根和假虎耳等，這些有毒有害植物由于毒性強(qiáng)、難降解且不易種植等原因，限制了其應(yīng)用范圍。因此，開(kāi)發(fā)無(wú)毒高效的重金屬超積累植物受到越來(lái)越多研究人員的重視。

3.2 修復(fù)有機(jī)物質(zhì)污染土壤

人們第一次使用植物來(lái)修復(fù)被有機(jī)物質(zhì)污染的土地，是因?yàn)槿藗儼l(fā)現(xiàn)，在有植被的土壤中去除有機(jī)物質(zhì)要比沒(méi)有植被的土壤快得多，由此研究者展開(kāi)了更深入的研究。植物對(duì)有機(jī)污染物的消除方式是植物直接吸收污染物和利用根際微生物的降解作用。根系吸收有機(jī)物后，可以將其貯存在新的組織結(jié)構(gòu)中或經(jīng)揮發(fā)、代謝、礦化等過(guò)程，將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。植物根系分泌出大量的分泌物，其中酶對(duì)污染物降解起著重要作用，植物根際的生態(tài)環(huán)境對(duì)土壤中的有機(jī)物具有一定影響，它可以增強(qiáng)微生物的活性和數(shù)量，加快有機(jī)污染物質(zhì)的降解。植物修復(fù)有機(jī)污染物質(zhì)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，但該項(xiàng)研究仍然面臨一些亟待解決的問(wèn)題，研究人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)植物修復(fù)有機(jī)物污染過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬研究。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

植物在治理大氣、水、土壤污染方面具有重要作用，不同植物對(duì)環(huán)境修復(fù)的效果不同，單一的植物修復(fù)已不能有效改善環(huán)境污染問(wèn)題，而關(guān)于多種植物聯(lián)合處理的研究還比較少。目前，學(xué)界對(duì)于植物修復(fù)環(huán)境污染的機(jī)理研究尚不完善，未來(lái)研究人員仍需加強(qiáng)利用多種植物組合進(jìn)行環(huán)境治理的研究，植物聯(lián)合修復(fù)可以提高植物修復(fù)的綜合效應(yīng)，更好地去除污染物質(zhì)。