CREST精选 | 清华大学侯德义课题组：植物采矿与植物修复——从田间实验中得到了什么？

导 读

清华大学侯德义课题组在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“植物修复与植物采矿——影响因素与调理措施（Field trials of phytomining and phytoremediation: A critical review of influencing factors and effects of additives; 2020, 50(24): 2724–2774）”的综述文章。

对污染土壤采用绿色可持续的修复技术，方能降低其环境、社会与经济影响，从而达到最大的净效益。植物修复（phytoremediation）是一种绿色修复技术，通过植物的超累积、挥发、根际微生态促进、抑或是稳定化作用，实现污染土壤的原位修复。而植物采矿（phytomining）则强调利用植物的超累积能力，实现特定重金属元素的植物富集与有效利用。不论是植物修复还是植物采矿，由于实际情景中土壤类型、植物种类、根际微生物群落结构、以及污染物地球化学形态之间存在复杂的耦合作用，实验室尺度研究得出的优异效果往往与现实情形存在差异。本文基于文献报道的田间实验结果，系统梳理了植物采矿与植物修复技术的影响因素与促进条理措施，发现：1）利用植物进行修复，需要根据营养元素与水分的有效性合理设计种植密度；2）根据土壤酸碱度特征投加适当的土壤调理剂（soil amendment），能够显著促进植物对重金属污染物的提取或钝化能力；3）植物修复的可持续性需要综合考量修复年限、污染生物质处理、污染物初始浓度与生物有效性等诸多因素，从全生命周期的视角判断其可持续性。

图1 图文摘要

主要内容

现有研究开展的田间实验以重金属污染物的植物提取（phytoextraction）与植物稳定化（phytostabilization）为主，而针对其他类型的植物修复技术，如植物挥发（phytovolatilization）、根际修复（rhizoremediation）、植物降解（phytodegradation）大田实验结果较少（表1）。

表1植物采矿与植物修复技术田间实验结果梳理（全表详见原文）

过密或过疏的种植密度均不利于植物修复。根据自疏（self-thinning）定律，种植密度的提升将降低植物的生物量：

W=C×Dⁿ

lgW=lgC+nlgD

式中，C为常数，D为种植密度，W为每株植物的平均生物量，n为自疏系数，大多数情形下取值为-1~-2之间。

有机调理剂的投加能够：1）提升土壤肥力，从而显著提高修复植物生物量；2）促进根际微生物的生长，从而间接提升植物修复效果；3）提升土壤pH、在植物稳定化体系中实现阳离子型重金属的钝化（表2）。 

表2植物修复田间实验所采用的的有机调理剂、及其投加目的（原文表3）

总结和展望

植物采矿与植物修复田间实验结果告诉我们，在植物-土壤这一复杂系统中实现污染物的去除，需要综合考量污染物本身的生物有效性、植物的特性、以及修复体系设计等诸多因素。在明晰这些因素对植物作用效果影响的基础上，能够通过合理调控植物修复过程，实现环境、社会、经济效益的最大化（图2）。

图2 植物修复可持续性的环境、社会、经济考量

作者简介

第一作者：

王刘炜，清华大学环境学院博士研究生，导师为侯德义副教授。研究方向为土壤复合污染物的长期迁移转化特征及其长效风险阻控的可持续策略。

通讯作者：

侯德义，清华大学环境学院长聘副教授、博士生导师。先后毕业于清华大学、斯坦福大学、剑桥大学。主持国家科技部重点专项项目、重大专项课题、国家自然基金面上项目、全国土壤详查技术支撑等项目和课题20余项。主要研究领域：污染土壤和地下水的绿色及可持续修复技术研发；有机污染物及重金属在自然状态及人为干扰下的迁移与归趋；重点污染物的健康风险及防治策略；污染场地修复过程中的二次污染的全生命周期建模及环境修复的可持续性评价等。

点击下方蓝字阅读原文

|供稿：清华大学侯德义团队

|编排：代子雯（CREST期刊推广员）

环境科技评论CREST

回溯展望·美丽世界

公众号投稿、合作：[e-mail] 

往期推荐