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seea-lesson2-植物修復土壤

@杜铭秋

seea-lesson2-植物修復土壤

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第1天

[植物修复]
污染土壤的植物修复是利用植物对土壤中的污染物进行固定、吸收,以清除土壤环境中的污染物或使其有害性得以降低或消失。研究表明,植物修复的运行成本低,回收和处理富集重金属的植物较为容易,所以近年来得到了重视和发展。
植物稳定、植物挥发和植物提取是重金属污染土壤植物修复的三种主要类型。其中植物稳定是指植物通过根吸收、沉淀或还原将重金属固定,降低土壤中有毒金属的移动性。可是,重金属的生物有效性随环境条件的变化而发生变化,所以受到一定的限制。植物挥发则是将污染物吸收到植物体内后并将其转化为气态物质,释放到大气,主要用于类金属元素Hg和非金属元素硒。这种方法将污染物转移到大气中,对人类和生物具有一定的风险。植物提取是指植物从土壤中吸取重金属,并将其转移、贮存到地上部并通过收获而去除,包括连续植物提取和螯合剂辅助的植物提取。其中连续植物提取是指超积累植物由于本身对重金属的耐性及其吸收、转运和积累高含量的重金属,从而减少土壤中的重金属浓度,如十字花科遏蓝菜属(Thlaspi caerulescens)已被发现是一种Zn和Cd超积累植物。

Baker等调查发现生长在污染土壤的野生遏蓝菜地上部分Zn质量分数为13000~21000 mg/kg,连续种植该植物14茬,污染土壤中Zn质量分数可从440 mg/kg降低到300 mg/kg,而种植萝卜需种2000茬。但是,目前已知的超积累植物绝大多数生长慢、生物量小,且大多数为莲座生长,很难进行机械操作,不适宜大面积污染土壤的修复。寻找新的生物量大的超积累植物能克服这些缺点,如在南非发现一种新的生物量大的Ni超积累植物Berkheyacoddii,地上部分Ni质量分数达3.7%(以植物干质量计算),该植物的生物产量达22 t/(hm•a),地上部分Ni质量分数达1%,且易繁殖和培养。最近Li等研究十字花科的超积累植物Alyssum Annrale和Alyssum orsicum对Ni和Cu的吸收以及与土壤性质之间的关系。另外筛选生物量大、具有中等积累重金属能力的植物,如Ebbs等[发现印度芥菜(Brassica juncea)、芸苔(Bnapus)、芜箐(Brapa)具有很强清除污染土壤中Zn的能力,其生物量是遏蓝菜的10倍,因而更具有实用价值;而通过加入一些有机络合剂来增加土壤中重金属的生物有效性也可提高植物对重金属的吸收。该技术适用面广,对多种重金属污染土壤有效。

目前在相關的文獻資料上,培地茅被發現可以適應生長於極端惡劣的土壤‧以下僅列舉數例:

1.南非的海岸沙丘
2.美國路易斯安那州的極酸性土壤(pH 4.0)
3.印度Lucknow地區的的強鹼土壤
4.印度中部地區的黑棉黏土(black cotton clays一種黏重又易龜裂排斥大多數植物生長的土質)
5.中國南方缺乏有機質極端貧瘠的土壤
6.印度的積水黑棉黏土區及沼澤地
7.印度Rajasthan地區的乾旱區,培地茅是常見的植物
8.澳洲的鹽分地

因為事業單位或者農田灌溉水將含有污染物的廢水排放至灌溉渠道中,或者兩者的渠道混用造成臺灣多數農地受重金屬污染,多半與引用受重金屬污染之水源做為灌溉水有關。

受重金屬污染之土壤雖可利用翻土稀釋法或是酸洗法等技術加以整治,將土壤重金屬之濃度降低至符合法規標準,但由於此兩種技術屬於工程方法,對於土壤之基本性質及土壤品質具有破壞作用,經整治後之土壤往往需以適當之地力回復處理,使農地可以繼續耕作。

賴與陳(2003; 2005a and 2005b)曾對植生復育技術(phytoremediation)之處理機制、應用限制及發展情形做完整介紹,雖翻土稀釋法或是酸洗法仍是目前台灣最常使用於處理重金屬污染土壤之方法,但部份地區已開始考慮使用對環境較為友善的植生復育技術來處理重金屬污染土壤問題,並以具有附加價值之能源植物。

[具有土壤修复作用的育苗基质的研发]

以不同配比的小麦及燕麦粉碎根茬农产废弃物添加连作土壤后配成有机基质,腐熟后进行黄瓜育苗栽培试验。探讨不同配比的有机基质对黄瓜连作障碍的修复作用,分析其对黄瓜幼苗生长发育状况的影响。以期获得一种具有修复设施连作障碍作用的育苗基质配方。结果表明,对于连作土壤而言,添加小麦、燕麦、小麦燕麦混合根茬对黄瓜幼苗的生长均有促进作用。添加小麦根茬的基质对株高、鲜重、干重、叶绿素含量和根系活力等的促进作用较大。

[目的和思路]
针对设施蔬菜土壤环境恶化,病虫害严重,产品质量下降等连作障碍严重的问题,在发明专利“生态型黄瓜连作土壤修复剂”的基础上,以化感作用为理论依据,将不同配比小麦及燕麦粉碎根茬农产废弃物添加连作土壤后配成有机基质,腐熟后进行黄瓜育苗栽培试验。探讨不同配比有机基质对黄瓜连作障碍的修复作用,分析其对黄瓜幼苗生长发育状况影响,筛选确定基质配方。

[科学性、先进性及独特之处]
根据化感作用原理,通过植物源制剂壮根、抑病,增加土壤碳输入达到修复地力的目的,是本项目创新之处。项目研究基础较好,研究内容新颖,方法先进,科学项目完全可以达到预期目的。其研究成果以育苗基质配方形式应用于生产,具有很强实用价值。

[应用价值和现实意义]
连作障碍改良措施需要综合考虑试验,针对不同作物间化感作用的相互影响,对研究不同作物改良机制和配方对不同作物互作影响做出铺垫。小麦、燕麦大面积种植为本项目实施提供广阔前景。将废弃小麦、燕麦营养器官用于缓解土壤连作障碍减少就地焚烧所释放二氧化碳,实现低碳的畅想。利用小麦根茬及秸秆的化感作用缓解设施土壤连作障碍可解决当今日益严重的土地资源紧张问题,变废为宝,缓国际解粮价上涨趋势。

[学术论文]
以不同配比的小麦及燕麦粉碎根茬农产废弃物添加在连作土壤后配成有机基质,腐熟后进行黄瓜育苗栽培试验。探讨不同配比的有机基质对连作障碍的修复作用,分析其对黄瓜幼苗生长发育状况的影响,筛选并确定出基质配方,以期获得一种具有修复设施连作障碍作用的育苗基质配方。结果表明对于连作土壤而言,添加小麦、燕麦、小麦燕麦根茬对黄瓜幼苗的生长有促进作用。其中,添加小麦根茬的基质对株高、鲜重、干重、叶绿素含量和根系活力等的促进作用较大,添加燕麦、小麦燕麦、小麦燕麦也均有促进作用,但不明显。

[同类课题研究水平概述]
同一作物或近缘作物连作以后, 即使在正常管理的情况下, 也会产生产量降低、品质变劣、生育状况变差的现象。这一现象是连作障碍。连作障碍已成为制约设施蔬菜可持续生产的瓶颈。 以化感作用为理论依据,研究植物源土壤修复剂在促进设施蔬菜的可持续发展以及有机农业的发展上意义重大。 化感作用是指许多植物或者是微生物可以释放一些化学物质来促进或者抑制同种或者异种微生物的生长。合理利用化感作用既可以有效提高连作土壤栽培的蔬菜质量及产量,又可以有效预防植物病害。 许多研究表明小麦对其他植物有明显化感作用。

Crutchfield等(1985)年报道小麦秸秆覆盖对杂草有控制作用,除草的程度随杂草的覆盖程度增大而增大;Blum等(2002)发现秸秆还能控制宽叶草生长的76—81%;麻生未雄报道:稻草在腐熟过程中产生的P-香豆酸、阿魏酸、香草酸、对羟基苯甲酸随总量随腐熟时间延长而减少,在低浓度时酚酸对水稻根系生长有促进作用。同时一定浓度的酚酸化合物对土壤细菌等微生物活性有抑制作用,可减轻设施连作障碍。而且有机物料在分解过程中会产生多胺类物质,这物质对植物根系生长均有促进作用。研究表明施用玉米秸秆能有效增加连坐土壤的有机质含量和孔隙度,能有效地改善连作土壤的理化性质,促进作物生长发育,减轻连作障碍。朱林等人研究出猪粪减轻连作障碍最为理想,稻草稍次之,木屑较差。因为这些物质有效增加矿物质的利用率,大幅增加土壤微生物数量。据吴凤芝报道随连作年限的增加,真菌数量减少,但有害真菌的种类和数量增加,细菌种类和数量随着连作年限的增加而减少。 在克服连作障碍的研究中,有学者认为利用不同植物之间的化感作用减轻或消除连作障碍的发生将是比较安全的措施之一。研究表明禾本科植物化感品种培育研究最重要的是化感资源的筛选、化感植株特征研究。

香蕉好吃且營養豐富,但大多數人可能不知道,看似“一無是處”的香蕉皮還蘊藏一些神奇的功能,比如保養皮具、擦亮銀器等。此外,香蕉皮還可以吸附水中的重金屬污染物。

  巴西聖保羅州大學的研究人員發現,切碎的香蕉皮可有效去除飲用水中有害的銅、鉛等重金屬。用香蕉皮制成的水淨化設備,即使連續使用11次,其吸附重金屬污染的特性依然顯著。

  研究人員認為,香蕉皮能在水質淨化領域發揮重要作用,因為同目前采用的淨化方法相比,這一方法不但環保低廉,而且耐用性更好。

  受礦冶產業和工農業污染影響,不少地區飲用水的重金屬含量超標,嚴重危害人體健康。過去常用化學方法處理重金屬污染,即在水中加入藥劑與重金屬反應,但這種方法不僅成本高,使用的藥劑本身也可能有害。因此,開發廉價高效的水質淨化方法是目前的一個科研難題。

  研究人員在美國化學學會的刊物《工業和工程化學研究》上報告說,除香蕉皮之外,此前還有研究表明,椰子殼纖維、花生殼等一些植物廢料也可作為良好的水質淨化材料。

第2天
2004-12-14 周二

土壤的石油污染是一個全球性的嚴重環境問題。本發明涉及有機毒物污染土壤的植物修復技術,具體地說是一種利用觀賞植物鳳仙花(Impatiens balsamina.L)和牽牛花(Pharbitis nil Linn. Choisy) 修復石油烴污染土壤方法。即用鳳仙花和牽牛花的根系向土壤中釋放大量分泌物並通過根際微生物降解和植物本身作用,促進污染土壤中目標污染物石油烴降解並達到環境安全標準。

在觀賞植物中篩選超富集植物並用於修復研究和實踐具有以下優點:(1)觀賞植物種質資源豐富,既有草本也有木本植物,為篩選工作奠定了堅實的基礎;(2)能夠在進行治理污染同時美化環境,一舉兩得;(3)觀賞植物一般不會進入食物鏈,可減少對人體的危害;(4)很多觀賞植物都有一定的經濟價值,修復後植物材料可以作為原材料,以提高修復產出,降低修復成本;(5)人類在長期的農業生產中,積累了豐富的觀賞植物栽培管理經驗,使得觀賞植物的修復實踐有了充分的農業技術保障。因此,從觀賞植物中篩選高效降解土壤石油烴植物並用於修復實踐是完全可行的。

作為一項新興的環境修復技術,有機污染土壤的植物修復是指利用植物在生長過程中,吸收、降解、鈍化有機污染物的一種原位處理污染土壤的方法。 在植物修復技術的研究和實踐中,篩選出能夠高效降解土壤中過量石油烴的植物是開展工作的必要前提和基礎。然而迄今為止,國內外對能夠降解土壤中過量石油烴的植物研究還比較少;中國在這方面的研究還處於起步階段,而具有我國自主智慧財產權的用於修復石油烴污染物的植物就更少, 加之在農藝性狀、病蟲害防治、育種潛力以及生理學方面的研究不完備,嚴重影響其在實際修復的應用。因此尋找更多更為理想的高效修復石油烴污染土壤的植物仍然是當前植物修復研究的一項重要任務。國內外研究資料顯示,目前應用於修復石油污染土壤的植物多為牧草和作物類,採用花卉植物來修復石油污染土壤還鮮見報道。觀賞植物是人類利用歷史悠久的一大植物類群,包含40萬個以上的栽培品種,而我國是世界上擁有觀賞植物種類最為豐富的國度之一。

@酸模叶蓼在Cd、Cu、Pb、Zn胁迫下的耐性和富集特征

土壤及湿地的重金属污染已成为影响环境和威胁人类健康的严重问题,筛选生长快速和对重金属具有较强耐性与富集能力的植物是国际生物修复研究的热点。本研究选取四川省雅安市荥经宝贝凼锌矿区酸模叶蓼(Polygonum lapathifolium L.),在水培和土培条件下研究了酸模叶蓼在镉、铜、铅和锌重金属浓度梯度下的耐性特征和重金属富集特征,主要结果如下:
(1)酸模叶蓼在镉浓度40 mg L-1的水培和≤150 mg kg-1的土培条件下未表现出明显的中毒现象。在两种培养条件下,株高、叶绿素、地下和地上部生物量都低于对照,但土培根长均大于对照。在水培条件下,当镉处理浓度为10-55 mg L-1时,叶片中的超氧化物岐化酶(SOD)活性,过氧化物酶(POD)活性,过氧化氢酶(CAT)活性均明显大于对照,地上部镉含量为113.2-367.9 mg kg-1,地上部富集系数(BCF)为6.21-11.32,转运系数(TF)为0.41-1.67。在土培条件下,当镉处理浓度为25-150 mgkg-1时,地上部镉含量为10.8-89.7 mg kg-1,地上部镉累积量为植株镉累积量的43.7-66.3%,地上部BCF为0.40-0.61,地上部TF为0.20-0.67。

(2)酸模叶蓼在铜浓度50 mg L-1的水培条件下未表现出明显的中毒现象。当铜处理浓度为20-80 mg L-1,地上部的铜含量为134.2-420.7 mg kg-1时,地上部铜累积量为植株铜累积量的45.4-71.7%,地上部BCF为4.00-6.71,TF为0.36-0.86。
(3)酸模叶蓼在在铅浓度≤400 mgL-1的水培条件下未表现出明显的中毒现象。根长、株高和叶绿素均表现出在低浓度(100 mg L-1)增加,高浓度(≥300 mg L-1)减小的显著变化(P0.05)。当铅处理浓度为100-700 mg L-1时,地下和地上生物量均低于对照,叶片中的SOD活性、POD活性和CAT活性均大于对照。当铅处理浓度为100-700 mg L-1时,地上部铅含量为228.0-1477.4 mg kg-1,地上部铅累积量为植株铅累积量的33.8-53.8%。
(4)酸模叶蓼在锌浓度≤80 mg L-1的水培和≤1500 mg kg-1的土培条件下未表现出明显中毒现象。在两种培养条件下,株高、生物量和叶绿素都低于对照,但土培根长均大于对照。在水培条件下,当锌处理浓度为20-150 mg L-1时,叶片中的SOD活性、POD活性和CAT活性均大于对照,地上部锌含量为627.0-5417.1 mg kg-1,地上部锌累积量为植株锌累积量的62.6-78.4%。 综上所述,酸模叶蓼对镉和锌具有较强的耐性和富集特征,对铜和铅具有一定的耐性和富集能力。

第166天
2005-05-27 周五

@水葱对镉污染土壤修复潜力的研究

耕地受重金属污染的面积现已达8.25×10~5 hm~2,在所有的重金属污染中,镉以其移动性大、毒性高成为最为关注的重金属污染之一。尽快寻找到一条行之有效的之道解决土壤镉污染问题,非常迫切的摆在面前。 我们对重金属污染严重的湖南永州铜山岭有色金属矿选矿尾沙坝及其周围的土壤及主要植物进行采样分析。土样分析主要包括土壤的pH值、烧失量、阳离子交换容量、重金属含量等,结果表明该区域土壤中重金属的含量很高,其中Cd的平均含量为81.18 mg/kg,Pb的平均含量高达6431.06 mg/kg,Cu的含量为387.00 mg/kg。,都超过了土壤中植物正常生长的最高容许浓度。植物样为选矿尾沙坝周围主要植物:水葱(Scirpus tabernaemontani L.)、双穗雀稗(Paspalum distichum L.)及水蜈蚣(Kyllinga brevifolia R..)。通过对三种植物的研究,我们发现这三种植物均能较好的适应高浓度重金属环境并正常生长,但所有三种植物在野生条件下均未达到超富集植物标准。就对Cd的富集而言,水葱地上部分的富集量可达到78.97 mg/kg (干重),是其他2种植物的6倍以上,平均转运系数为0.79,十分接近公认的镉超富集植物标准。对Pb及Cu的吸收,3种植物各有特点,但均与超富集植物标准有一定差距。

通过进一步对水葱的实验室水培试验,我们研究了两个主要因素,营养液pH值与Cd含量,对水葱生长量以及Cd富集效果的影响。结果表明水葱可耐受的高浓度Cd (30 mg/L)以及大范围pH值变化(3.7~7.7)。当营养液pH值为4.7,Cd含量为25 mg/L时,水葱富集的Cd达到最大值:地上部分264.71 mg/kg,地下部分234.39 mg/kg,平均转运系数1.13。水葱对Cd的富集量随营养液内Cd浓度的增减而增减,在一定条件下,水葱完全可以达到Cd超富集植物的标准,即镉含量超过100mg/kg,转运系数超过1。 除此之外,考虑到水葱属于莎草科藨草属,是多年生宿根挺水草本植物,株高1~2 m,茎杆高大通直,在我国分布广泛,生长条件要求不高,显示了它用于植物修复镉污染土壤的巨大潜力。

------湖南大学2006李硕

第368天
2005-12-15 周四

@利用浮水性植物去除水中重金屬之研究

水生植物具有吸收及累積重金屬的特性,故本研究利用浮水性植物(布袋蓮、大萍、青萍及槐葉蘋)處理含重金屬(銅、鎘、鉛、鎳、鋅)溶液使其含量能有效降低。

利用浮水性植物去除水中重金屬可分兩部份;一為盆栽試驗乃利用浮水性植物以栽種方式去除水中重金屬的實驗。二為吸附試驗利用廢棄的水生植物為吸附體對含銅、鎘、鉛、鋅、鎳實驗室配製溶液進行動力學、等溫吸附平衡實驗研究且達到以廢棄物處理污染物目的。

第一研究結果發現四種水生植物混合重金屬溶液處理後,植物皆會產生受害的病徵,濃度越高處理天數越多生長狀況越差,且葉綠素含量明顯下降,但重金屬攝取量因濃度及處理天數增加而上升,四種植物對五種重金屬吸收趨勢皆約為鎳金屬最大,布袋蓮含1.186 mg-Ni/g;大萍含1.754 mg-Ni/g、青萍及槐葉蘋則含4.883及7.912 mg-Ni/g。

第二布袋蓮、大萍、青萍及槐葉蘋的吸附平衡時間均約為60~90分鐘,以鉛金屬的吸附量最大,依序分別為16.66、16.79、16.48及15.44 mg-Pb/g。動力學實驗結果吻合二階動力學模式等溫吸附模式較符合Langmuir。利用Freundlich等溫吸附曲線推估的經驗常數(n)皆為正值,當 n ﹥1表示非線性但有利吸附。

第972天
2007-08-11 周六

@“吃鹽植物”讓新疆鹽鹼地變良田

科研人員通過對新疆鹽生植物的物種多樣性、鹽生植物種子及耐鹽性開展研究,最終證明在鹽鹼地種植鹽地堿蓬、鹽角草、野榆錢菠菜等,每年可從土壤中帶走大量鹽分,連續3年左右即可大幅“淡化”土地,使其達到耕種標準。借助這一最新成果,新疆目前已有1000多畝鹽鹼地被改良。
如今通過種植“吃鹽”能力極強的植物,鹽鹼荒漠變為良田,昔日的鹽鹼地裡種出高產棉花。
以克拉瑪依為例,當地鹽鹼化最嚴重的地區,每公斤土含鹽量大於40克。種植鹽地堿蓬後,每年可從每畝土地中帶走鹽分431公斤;4年後,每公斤土含鹽量可下降至10克以下,種植棉花畝產可達400多公斤。
據介紹,除8.5萬平方公里的鹽漬化土地,新疆現有32.6%的耕地也已出現次生鹽漬化,成為農業低產主要因素之一,每年因土壤鹽漬化造成農業損失高達數十億元。“吃鹽植物”的應用推廣,可在改善生態環境讓鹽漬土地“重獲新生”。
同時新疆擁有豐富的鹽生植物資源,目前已發現有305種。可修復鹽鹼土,有效治理土壤原油污染,吸收鉻和銅等重金屬,許多還可用於醫藥、綠化、飼用、食品加工、纖維和化工等領域,具有很大的開發潛力。

------中科院新疆生態與地理研究所2013-05-28中國科學報

第1844天
2009-12-30 周三

超积累植物或耐性植物对重金属具有很强的耐性,研究结果初步表明,植物的重金属抗性机制包括有:
1.区室化作用 将紫羊茅草(Festucarubra)用Zn2+胁迫,发现其分生组织液泡体积明显增加;。这一结果在高耐受重金属的遏蓝菜属植物的根和地上部中再次得到证实。以上证据表明通过液泡将重金属区室化也是植物重金属抗性的重要机制之一。
2.螯合作用 吸收在植物体中的重金属通过与高亲和力的大分子结合形成螯合物,降低重金属离子的浓度,从而降低其毒性,其中,金属硫蛋白(Metallothionein,简称MT)和植物络合素(Phytochelation,简称PC)被认为是两种起主要作用的重金属结合肽。研究发现多种重金属离子,如Cd2+、Cu2+、Ag+、Hg2+、Pb2+和Zn2+等,可诱导PC的合成,并能与PC形成复合物。
3.细胞修复 植物对重金属的基本抵御机制便是增加原生质膜的抗性及对原生质膜的修复。拟南芥菜暴露于Cu2+后,可诱导形成酰基载体蛋白和乙酰辅酶A结合蛋白(Acylco Abinding Protein,简称ACBP)。研究表明这两种蛋白均参与膜脂代谢。
4.生物转化 通过植物体内化学还原作用可降低一些变价金属如Cr、Se、As等的毒性。另外一种海洋巨藻可将As整合入某种脂类而解毒。陆生植物砷的解毒机理目前尚不清楚。

第2075天
2010-08-18 周三

香根草,又名岩兰草;顾名思义,因其根很香,故名香根草,是一种禾本科多年丛生的草本植物。原产于印度等国,现主要分布于东南亚、印度和非洲等(亚)热带地区,具有适应能力强,生长繁殖快,根系发达,耐旱耐瘠等特性;有“世界上具有最长根系的草本植物”、“神奇牧草”之称;被世界上100多个国家和地区列为理想的保持水土植物。中国也有天然香根草分布。
  从形态上看,香根草有点像柠檬草,地上部分密集丛生,秆高1~2 m;叶片条形,质硬,宽4~10 cm;圆锥花序长15~40 cm,分枝以多数轮生,在秋季开花,一般无果,主要靠分蘖繁殖;纵深发达根系可深达2~3 m(迄今最深的根系在泰国,为5.2 m),根直径一般为0.7~0.8 mm,抗张力是等径钢材的1/6。香根草能适应各种土壤环境,强酸强碱、重金属和干旱、渍水、贫瘠等条件下都能生长。香根草属低补偿(C4)植物,光合作用强,日温达10 ℃时就萌发生长。在自然条件下香根草很少结实,将为国内外的专家、学者提供崭新的研究领域。此外香根草没有根茎或匐伏茎,故不会成为农田杂草。香根草也极少感染或传播病虫害,多数能生活几十年甚至数百年。

第2486天
2011-10-03 周一

香根草對人工濕地汙水處理技術的研究與應用

香根草是一種高生物量的兩棲植物,也是一種理想的可用於構建人工濕地的植物。香根草人工濕地用於汙水處理有較多優點,但目前這一技術尚處於試驗階段,並需要進一步完善。此文就近年香根草人工濕地汙水處理技術在中國的研究與應用作一綜述。

一、 前言
香根草(Vetiveria zizanioides)被譽為“神奇之草”,對酸、鹼、鹽、重金屬、富營養化、 淹水等環境脅迫具有較強的耐性。(夏漢平等,1998a,b,2000;靖元孝等,2001;Truong and Baker, 1998; 束文聖等,2000;陳懷滿等,2000)。Truong 等(2001)綜述了澳大利亞、泰國、中國等地香根草處理污水的研究、發展與應用,進而表明,香根草系統是一種非常有效的生活污水,工業廢水和垃圾滲濾液等污水的處理工藝。香根草可能被廣泛應用於汙水處理,基於其以下屬性(Truong et al 2001):
1. •較之大多數濕地植物更高的蒸發蒸騰速率、
2. •對營養的,尤其是氨、總氮和P的高量而快的吸收速率、
3. •香根草是不育的,因而不形成物種入侵、
4. •對土壤酸性、鹼性、鹽分及鈉分高耐性、
5. •對水淹、浸水高耐性、
6. •能耐受高濃度垃圾滲濾液。
香根草高吸收而適合汙水處理的潛能於1995年在澳大利亞得以確認, 2年後中國科學家也在研究中證實了這一點,自此,中國的香根草汙水處理研究與實踐逐漸得以開展(Trong et al. 2001;Zheng et al. 1997;夏漢平,2001)。

二、香根草人工濕地
香根草已顯示特別的潛力,適合於作為支配植物構建人工濕地。香根草是一種粗壯的植物,結構強大,耐受高負載污水,並已被證實能處理未經稀釋的生活污水。香根草最大尺度的應用可能是在濕地中(Truong et al 2001)。
自然或人工濕地已被表明,其在淨化工農業污水方面是有效的。濕地應用於汙水處理涉及到一系列複雜的生物學過程,如微生物的轉化作用,理化過程如吸附作用及沉降作用。香根草適合於構建植被緩衝帶或濕地,因為其以下形態學和生理學上的特點(Cull et al 2000; Truong et al 2001):
1. •耐受水淹土壤條件,使它成為一種理想的植物用於構建臨時或永久濕地;
2. •其密集挺立,樹起的莖幹能減緩流速,增加污水滯留時間,從而提高污水攜帶的沉澱物及沉澱物束縛的污染物(諸如,重金屬和一些殺蟲劑殘留物)的沉積作用;
3. •其密而細微的根系結構能提高濕地基體的穩定性和營養吸收,並提供一個刺激根際微生物學過程的環境;
4. •不結實性減小其成為水生雜草的可能性。
此外,香根草對病蟲害具有較強的抗性。 這些特點使香根草人工濕地在運行過程中,較之其他人工濕地,減少了維護工作,降低了運行費用,並最終促進其污染處理應用。

2、香根草處理垃圾滲濾液,微宇宙試驗(a Microcosms Test)
林學瑞(2002)構建香根草類比人工濕地,研究不同基質對香根草濕地處理垃圾滲濾液的影響。試驗用垃圾滲濾液同樣采自李坑垃圾填埋場。在溫室建立8組香根草類比人工濕地處理含高COD和N-NH4的垃圾滲濾液,每組3重複, 其中5組調查不同基質(包括煤矸石、粉煤灰、煤渣、土壤、和礫石),3組調查添加木屑這一碳(C)源,2組調查香根草有、無對人工濕地處理垃圾滲濾液效能的影響。試驗結果表明:
1. 垃圾滲濾液經各組類比人工濕地處理後,總體上pH值升高,電導率(EC)值、總懸浮性固體(TSS)值、顏色值和出水體積均下降。COD、N-NH4、N-NO3、總凱氏氮(TKN)、TP,TSP(可溶性磷)均有較高去除率;
2. 基質不同的類比人工濕地中,以煤矸石為基質對去除EC、N-NH4、TKN、TP、TSP和TSS的效果最好;以煤渣為基質對去除顏色、COD、N-NO3和TSS的效果最好;以粉煤灰為基質對去除TP和TSP的效果相對較好,對去除其他污染物的效果均較差;以土壤為基質對TP和TSP去除效果最差;以礫石為基質各種污染物的去除指標均居中。

3. 添加木屑後,類比人工濕地出水的pH升高,EC和顏色值下降;對N-NH4、TKN和TSS去除率顯著地下降,對N-NO3去除率顯著地增加;減少了COD、TP和TSP的去除率,但未達顯著水準;導致香根地上部分生物量、地下部生物量、總生物量和分蘖數的降低,其中地上部分和總生物量降低達顯著水準。因此,添加木屑為C源,可以顯著地促進反硝化作用,但會抑制N-NO3外的其他污染物的去除,還會顯著地抑制香根草的生長。
4. 入口垃圾滲濾液的N-NH4濃度影響香根草在類比人工濕地中的作用,過高濃度滲濾液可對香根草產生毒害作用,因此垃圾滲濾液在進入香根草人工濕地前,就作前處理,使其N-NH4濃度小於200 mg•L-1。
5. 延長HRT可以顯著提高N-NO3的去除率。
6. 香根草的存在對整個類比人工濕地系統淨化污水效能有著重要的作用。種植香根草的類比人工濕地對滲濾液COD, N-NH4, TKN, N-NO3, TP, TSP和TSS 的去除比不種植的分別高9.09%, 12.93%, 15.72%, 104.8%, 17.44%, 57.02% 和1.61%。在對TP和TKN去除率中,香根草的吸收作用在總去除率中所占比例,前者大於後者。

總結

香根草人工濕地已展現了較強的淨化污水潛力,並獲得日益增加的關注。已有的研究為該技術在中國的應用奠定了基礎,然而目前這一技術尚處於試驗階段,並需要進一步完善。迄今為止,僅有少數幾個香根草人工濕地用於田間汙水處理,龍洞人工濕地是其中之一。該濕地位於廣州市天河區龍洞村,濕地工程2000年10月完成,並用於生活汙水處理。
在中國的一些地區,由於不合適的氣候因素,對這一技術瞭解較少,或缺乏相應的技術及管理人員等原因,在一定程度上,制約了香根草人工濕地在當地的發展應用。
此外,在污水處理應用中,同其他人工濕地系統,香根人工濕地的發展也需面對和解決如下一些相似的制約因素(Kivaisi 2001):
1. 建設、運行、維護費用;
2. 廢水的類型與出水目標;
3. 攜帶病源控制;
4. 侵入動物害蟲的控制;
5. 異味影響的控制。
誠然,上述這些因素在一定程度上會影響香根草濕地的發展,然而隨著上述問題的克服,香根草人工濕地,作為一種有希望的、綠色的汙水處理技術,將很可能在中國普及應用。

第2774天
2012-07-17 周二
第3184天
2013-08-31 周六

利用培地茅根圈細菌以及石油分解菌為標的,透過界面活性劑的產生及原油裂解測試,分析其對於原油分解上的特性與功能,以期能建構出一組可以與培地茅根圈菌互利共生的生物組,將這組合與植物結合透過培地茅根系之特性來使原油分解菌能作用的範圍更加的廣泛,使生物復育的效率更好。

第3202天
2013-09-18 周三

香菜新妙用可吸附水中重金属
Calo 2013-09-18 19:00
香菜(Coriandrum sativum)常常以调味品的身份出现在人们的厨房里或餐桌上。而在上周刚刚结束的第246美国化学学会全国年会暨博览会上,香菜则成为了科学家们关注的焦点——这种平平无奇的植物,还是净化饮用水的能手。
“我们的目标是找到能让发展中国家的人们免费得到的生物吸附剂。” 美国印第安纳常春藤技术社区学院的道格拉斯•肖尔(Douglas Schauer)描述道:当净水罐中的过滤器需要更换时,人们只要在自家后院抓一把香菜,晒干并研碎,就有一个新的过滤器可以用了。
肖尔指出,一把香菜就能够净化一大罐水。
尽管利用活性炭或离子交换树脂去除水中重金属已是非常有效的手段,但对于发展中国家,尤其是发展中国家农村地区的人们来说,使用这些方法净水,成本还是太过高昂。肖尔在年会上指出,香菜能够吸附水中的铅等重金属,而且相对廉价并容易获得,在净水方面具有良好的应用前景。

从微生物到植物,许多生物都具有“生物吸附剂”的功能。肖尔召集学生在墨西哥的弗朗西斯科•马德罗理工大学进行研究,希望找到理想的生物吸附剂。墨西哥并没有滤除饮用水中重金属的系统,但漫山遍野都是香菜。因此香菜也被研究者相中,成为研究对象。
研究者采集了仙人掌等多种植物,对其进行干燥并压碎,再放入已知铅浓度的含铅溶液中摇匀。一段时间后,研究者再次测定溶液中的铅含量。结果表明,在所选的植物中,香菜的生物吸附作用最好。在后续实验中,研究者发现香菜在吸附镍等多种污染物方面也有良好效果。就吸附铅等重金属的效率而言,香菜净水的作用可能比活性炭更加出色。肖尔建议工厂附近的居民尝试利用香菜净水,一把香菜足以净化一大罐被铅污染的水。
香菜净水的秘密可能来自香菜细胞的细胞壁,它们有着吸附重金属的理想结构。由于香菜的近亲欧芹和刺芹等植物也有着相同的特征,因此也可能是潜在的生物吸附剂。目前,肖尔和学生们正在检验这类植物对其他金属离子的吸附能力。肖尔相信,作为发展中国家的净水工具,香菜能够做出实质性的贡献。

小技巧

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