Phytoremediation. In: Bodengefährdende Stoffe. (Eds. N. Litz, and W. Wilcke, B. Wilke). Wiley VCH, WeinheimPhytoremediation. In: Bodengefährdende Stoffe. (Eds. N. Litz, and W. Wilcke, B. Wilke). Wiley VCH, Weinheim

N-3.3.2

Rainer Schulin, Michael W.H. Evangelou, Héctor M. Conesa und Brett H. Robinson

IV-3.3.2.1 Einleitung: Bodensanierung durch Pflanzen

Der aus dem Englischen übernommene Begriff Phytoremediation bezeichnet den Einsatz von Pflanzen einschließlich der mit ihnen assoziierten Mikroorganismen zur Beseitigung von Umweltschäden oder von Gefährdungen, die von Umweltbelastungen ausgehen. Grundsätzlich beinhaltet dies auch die Verwendung von Pflanzen als Schutz gegen Erosion oder zur Regeneration von verdichteten Böden. In erster Linie wird der Begriff Phytoremediation aber im Zusammenhang mit der Sanierung von Böden verwendet, die durch Schadstoffe belastet sind. Letzteres ist ein Feld, das im Unterschied zur Verbesserung des Wasserhaushalts und der physikalischen Eigenschaften von Böden im Hinblick auf ihre Nutzung durch den Menschen erst in jüngster Zeit aktuell geworden ist und erforscht wird. Dementsprechend gibt es zwar inzwischen bereits eine umfangreiche und weiterhin stark zunehmende wissenschaftliche Literatur zu diesem Thema, aber bisher immer noch relativ wenig verallgemeinerbares Handlungswissen. In diesem Kapitel kann nur ein allgemeiner Uberblick gegeben werden. Für eine weitere Vertiefung wird insbesondere auf die folgende Literatur verwiesen: RASKIN & ENSLEY (2000), TERRY & BAÑUELOS (2000), MCGRATH et al. (2002), MCCUTCHEON & SCHNOOR (2003a) und PILON-SMITS (2005).

源自英语的术语“植物修复”（Phytoremediation）是指利用植物及其相关微生物消除环境损害或消除由环境污染所引发的危害。原则上，这也包括利用植物防治侵蚀或恢复压实土壤。但植物修复一词主要用于修复受污染物污染的土壤。与改善土壤水分状况和物理性质以供人类利用不同，后者是一个直到最近才成为热点并开始得到研究的领域。因此，尽管目前已有大量且仍在迅速增长的相关科学文献，但可推广的实践知识仍然相对较少。本章只能给出一个概括性的综述。如需深入了解，特别推荐参阅以下文献：RASKIN & ENSLEY (2000)、TERRY & BAÑUELOS (2000)、MCGRATH et al. (2002)、MCCUTCHEON & SCHNOOR (2003a) 以及 PILON-SMITS (2005)。

IV-3.3.2.1.1 Verfahrensansätze der Phytoremediation

Für die Phytoremediation von Bodenbelastungen durch Schadstoffe kann nach grundsätzlich drei verschiedenen Ansätzen erfolgen: a) Phytotransformation, b) Phytoextraktion und c) Phytostabilisierung. Eine ausführliche Diskussion dieser Begriffe findet sich bei MCCUTCHEON & SCHNOOR (2003b).

土壤污染物的植物修复原则上可通过三种不同途径实现：a）植物转化，b）植物提取，c）植物稳定。关于这些概念的详细讨论见 MCCUTCHEON & SCHNOOR (2003b)。

Phytotransformation heißt, dass die Schadstoffe durch Pflanzen in ungefährliche Substanzen umgewandelt werden. Bei der vollständigen Mineralisierung von organischen Schadstoffen durch Pflanzen spricht man auch von Phytodegradation. Phytotransformation im eigentlichen Sinn bedeutet, dass die Schadstoffe entweder aufgenommen und in der Pflanze in unschädliche Substanzen umgewandelt werden (Abb. 1) oder dass eine solche Transformation durch Exoenzyme erfolgt, die von den Wurzeln in die Rhizosphäre ausgeschieden werden (Abb. 2) (McCUTCHEON & SCHNOOR 2003b, Wolfe & Hochamer 2003). ExOenzymatische Phytotransformation ist in der Praxis nicht von einem durch Pflanzen geförderten mikrobiellen Schadstoffabbau (Phytostimulation) zu unterscheiden. Daher werden diese beiden Prozesse auch unter dem Begriff ·pflanzengestützte Bioremediation" zu einer einzigen Kategorie zusammengetasst. Soweit sich die Transformationsprozesse dabei auf die unmittelbare Umgebung der Wurzeln beschränken, wird auch von Rhizosphären-Bioremediation oder Rhizo(sphären)degradation gesprochen (MCCUTCHEON & SCHNOOR 2003b).

植物转化是指污染物经植物转化为无害物质。植物将有机污染物完全矿化的过程也称为植物降解。严格意义上的植物转化是指污染物或被植物吸收并在植物体内转化为无害物质（图1），或由根系分泌到根际的胞外酶完成此类转化（图2）（McCUTCHEON & SCHNOOR 2003b, Wolfe & Hochamer 2003）。在实践中，胞外酶介导的植物转化与植物促进的微生物污染物降解（植物刺激）难以区分。因此，这两个过程也被合并为一类，统称为“植物辅助生物修复”。若转化过程仅限于根系的紧邻区域，则也称为根际生物修复或根际降解（MCCUTCHEON & SCHNOOR 2003b）。

Abb. 1: Prinzip der Phytotransformation mit pflanzeninternem Schadstoffabbau.图1：植物体内污染物降解的植物转化原理。

Abb. 2: Prinzip der Phytotransformation mit exoenzymatisch katalysiertem oder phytostimuliertem Schadstoffabbau in der Rhizosphäre.

图2：根际中由胞外酶催化或植物刺激的污染物降解的植物转化原理。

Bei der Phytoextraktion werden die belastenden Stoffe dem Boden durch Pflanzen entzogen, aber nicht zerstört. Je nach weiterem Schicksal der dem Boden entzogenen Stoffe, kann zwischen Phytoextraktion im engeren Sinn, Phytovolatilisierung und Phytomining unterschieden werden (ROBINSON et al. 1997). Bei der Phytoextraktion im engeren Sinn wird das Pflanzenmaterial mit den akkumulierten Schadstoffen geerntet und entweder für Zwecke verwertet, für welche die Akkumulation nicht problematisch ist, oder als Abfall behandelt und entsorgt (Abb. 3). Wird die Phytoextraktion mit dem Ziel durchgeführt, wertvolle Spurenelemente zu gewinnen, so spricht man auch von Phytomining. Bei der Phytovolatilisierung werden die extrahierten Stoffe nicht in der Pflanze gespeichert, sondern in flüchtiger Form in die Atmosphäre abgegeben (Abb. 4). Von manchen Autoren wird diese Methode nicht als Phytoextraktion betrachtet, da eine unkontrollierte Verteilung von Schadstoffen in der Umwelt über die Atmosphäre im Falle von toxischen Elementen wie insbesondere Hg die Kontamination nur verbreitet und damit das Problem nicht wirklich löst, sondern primär nur verlagert (ERNST 2005). Wesentlich positiver kann die Ökobilanz einer Phytovolatilisierung jedoch aussehen, wenn es sich um biologisch schwer abbaubare Schadstoffe wie zum Beispiel chlorierte Kohlenwasserstoffe handelt, die aber in der Atmosphäre vergleichsweise schnell photolytisch abgebaut werden. Auch die Rhizofiltration kann nur bedingt als Phytoextraktion angesehen werden. Hier geht es nicht um Boden- sondern um Wasserreinigung, indem gelöste Schadstoffe aus kontaminiertem Wasser filtriert werden, welches den Wurzelraum durchströmt.

在植物提取中，污染物质被植物从土壤中移除，但并未被破坏。根据从土壤中移除的物质的后续去向，可区分狭义的植物提取、植物挥发和植物采矿（ROBINSON et al. 1997）。在狭义的植物提取中，富集了污染物的植物材料被收获，或用于不受富集影响的用途，或作为废弃物处理处置（图3）。若植物提取以回收有价值的微量元素为目的，则也称为植物采矿。在植物挥发中，被提取的物质不储存于植物体内，而是以挥发态释放到大气中（图4）。部分学者不将该方法视为植物提取，因为对于有毒元素（尤其是Hg）而言，污染物经大气在环境中的无控制扩散只会使污染扩散，因而并未真正解决问题，而主要只是转移了问题（ERNST 2005）。然而，若涉及生物难降解但在大气中可较快发生光解的污染物（例如氯代烃），植物挥发的生态平衡则可能要积极得多。根际过滤也只能在有限程度上被视为植物提取。其目标并非净化土壤而是净化水体，即从流经根区的受污染水体中滤除溶解态污染物。

Bei der Phytostabilisierung bleiben die Schadstoffe im Unterschied zur Phytoextraktion im Boden. Ziel ist es, sie zu immobilisieren, um eine weitere Ausbreitung in die Umwelt zu verhindern. Dies kann eine chemische Umwandlung beinhalten. Im Unterschied zur Phytotransformation werden die Schadstoffe dabei aber nicht in irreversibler Weise verändert und dadurch auf Dauer unschädlich gemacht. Es wird durch die Pflanzen lediglich ein Zustand herbeigeführt, der die von ihnen ausgehenden Gefährdungen von Menschen, Umwelt und anderen Schutzgütern auf ein tolerierbares Maß herabsetzt. Die Phytostabilisierung eines Bodens zielt also nicht auf die Beseitigung des Schadens, sondern nur auf eine Kontrolle der Risikosituation.

与植物提取不同，在植物稳定中污染物仍保留在土壤中。其目标是将污染物固定，以阻止其进一步向环境扩散。这可能涉及化学转化。但与植物转化不同的是，污染物并未发生不可逆的改变从而被永久无害化。植物仅仅是营造一种状态，使污染物对人类、环境及其他保护对象造成的危害降低到可容忍的水平。因此，土壤的植物稳定并不旨在消除损害，而仅在于控制风险状况。

Abb. 3: Prinzip der Phytoextraktion.图3：植物提取原理。

Abb. 4: Prinzip der Phytovolatilisierung.图4：植物挥发原理。

Die verschiedenen Ansätze der Phytoremediation schließen sich nicht gegenseitig aus. Es sind auch Kombinationen möglich, vor allem wenn verschiedene Schadstoffe im Spiel sind, wie z. B. die Phytodegradation von organischen Schadstoffen und die Phytoextraktion von Schwermetallen. Auch kann eine Phytoremediation durch physikalische und chemische Maßnahmen zur Bodenbehandlung unterstützt werden, z. B. durch die Zugabe von Agenzien, welche die Verfügbarkeit von Schadstoffen für die Pflanzenaufnahme erhöhen oder die Toxizität von Schadstoffen für die Pflanzen verringern. Die Vielfalt an möglichen Verfahren lässt es kaum zu, scharfe Grenzen zwischen verschiedenen Verfahrenskategorien zu ziehen.

各种植物修复途径并不相互排斥。它们也可以组合使用，尤其是在涉及多种污染物时，例如有机污染物的植物降解与重金属的植物提取相结合。植物修复还可辅以物理和化学土壤处理措施，例如添加可提高污染物对植物吸收的有效性或降低污染物对植物毒性的试剂。可能的方法多种多样，因此很难在不同方法类别之间划出明确的界限。

In neuerer Zeit wird Phytoremediation in zunehmendem Maße als Teil einer umfassenderen Strategie zum langfristigen Umgang mit belasteten Böden gesehen, die weiterhin für die Produktion von Pflanzen genutzt oder für eine solche Nutzung wiederhergestellt werden sollen. Dies bedeutet, dass der Aspekt der Bodennutzung vermehrt in den Vordergrund rückt und die Behandlung des Bodens nicht allein unter dem Aspekt der Sanierung gesehen wird. Um diese Integration der Phytoremediation in eine umfassendere Strategie der Bodennutzung zum Ausdruck zu bringen, ist der Begriff Phytomanagement geprägt worden (RoBINsON et al. 2007, Domínguez et al. 2008).

近年来，植物修复日益被视为受污染土壤长期管理综合策略的一部分，这些土壤应继续用于植物生产或恢复至可用于此类生产的状态。这意味着土地利用方面日益受到重视，土壤处理不再仅从修复角度考虑。为体现植物修复融入更全面的土地利用策略这一思想，提出了“植物管理”（Phytomanagement）一词（RoBINsON et al. 2007, Domínguez et al. 2008）。

IV-3.3.2.1.2 Voraussetzungen und Grenzen für den Einsatz von Pflanzen zur BodensanierungIV-3.3.2.1.2 利用植物修复土壤的前提条件与局限

Die Sanierung von Umweltbelastungen mit Hilfe von Pflanzen ist vor allem dort attraktiv, wo der Boden als Standort für Pflanzenwachstum erhalten oder wiederhergestellt werden soll. Viele nicht-biologische Verfahren der Sanierung von

在需要保持或恢复土壤作为植物生长场所的情况下，利用植物修复环境污染尤其具有吸引力。许多非生物的土壤

Bodenbelastungen wie die Bodenwäsche (s. IV-3.1.1), die Verbrennung und die Verglasung (s. IV-3.2) haben in diesen Fällen den wesentlichen Nachteil, dass sie die Qualität des Bodens zur Erfüllung ökologischer Funktionen stark beeinträchtigen bis völlig zerstören. Auch die bei Bodensanierungen am häufigsten praktizierte Strategie, den belasteten Boden abzutragen und in einer Deponie abzulagern, lässt am Standort einen als Boden unentwickelten, wenig fruchtbaren Untergrund zurück. Phytoremediation bedingt demgegenüber, dass der Boden eine minimale ökologische Qualität aufweist, und bietet vom Verfahrensprinzip her die besten Voraussetzungen für eine schonende Behandlung.

污染修复方法，如土壤淋洗（见IV-3.1.1）、焚烧和玻璃化（见IV-3.2），在这些情况下的主要缺点是会严重损害甚至完全破坏土壤履行生态功能的质量。土壤修复中最常用的策略——挖除受污染土壤并送往填埋场处置——也会在原地留下未发育成土壤、肥力很低的底土。相比之下，植物修复要求土壤具有最低限度的生态质量，并且从方法原理上为温和处理提供了最佳条件。

Andererseits ergeben sich aus der Verwendung von Pflanzen auch grundsätzliche Limitierungen für den möglichen Einsatzbereich von Phytoremediations-Verfahren. Damit die verwendeten Pflanzen gedeihen können, muss eine Reihe von Voraussetzungen erfüllt sein. Grüne Pflanzen benötigen für ihr Wachstum nicht nur Licht und Kohlendioxid, sondern auch Wasser und Nährstoffe. Zudem können Gifte, Fraß durch Tiere und Krankheiten ihre Entwicklung stark beeinträchtigen. Viele mit Schadstoffen belastete Standorte sind für Pflanzen Extremstandorte bezüglich einzelner oder mehrerer dieser Faktoren. Abraum aus dem Bergbau oder Industrieschlämme weisen häufig nicht nur sehr hohe Konzentrationen an toxischen Schwermetallen auf, sondern auch extreme pH-Werte. Böden industriell und gewerblich genutzter Areale sind, auch wenn sie nicht versiegelt sind, oft stark verdichtet, was den Wasser- und Lufthaushalt des Bodens beeinträchtigt. Ein geringer Gehalt an Feinkorn und organischer kann die Fähigkeit eines Bodens stark limitieren, pflanzenverfügbares Wasser und Nährstoffe zu speichern.

另一方面，植物的使用也从根本上限制了植物修复方法的适用范围。为使所用植物能够正常生长，必须满足一系列前提条件。绿色植物的生长不仅需要光照和二氧化碳，还需要水分和养分。此外，毒物、动物取食和病害也会严重影响其发育。许多受污染场地就其中一个或多个因素而言，对植物来说都是极端生境。采矿废弃物或工业污泥往往不仅含有极高浓度的有毒重金属，而且pH值极端。工业和商业用地的土壤即使未被封闭，也往往严重压实，从而影响土壤的水分和通气状况。细颗粒和有机质含量低会严重限制土壤储存植物有效水分和养分的能力。

Eine grundsätzliche Beschränkung ergibt sich daraus, dass die Wirksamkeit einer Phytoremediation in der Tiefe mit der Durchwurzelung des Bodens abnimmt. Dies gilt insbesondere für die Phytoextraktion, da den Wurzeln gelöste Stoffen nur im Einzugsbereich ihrer Wasseraufnahme zugänglich sind. Stabilisierende und transformierende Wirkungen auf Schadstoffe sind dagegen in einem gewissen Masse auch mit einer größeren Tiefenwirkung möglich. Die Tiefe der Durchwurzelung variiert stark zwischen verschiedenen Pflanzen. Langlebige verholzte Pflanzen können Wurzeln bis in Tiefen von vielen Metern (5 m und mehr) entwickeln (NEGRI et al. 2003). Dies gilt insbesondere für Arten, die an trockene Standorte mit Grundwasseranschluss in tiefen Untergrund angepasst sind (Phreatophyten). Neben Pappeln- und Föhrenarten gehören Arten der Gattung Eucalyptus zu dieser Kategorie. Auf der anderen Seite bilden Gräser und einjährige Krautpflanzen meist nur sehr flachgründige Wurzelsysteme von weniger als 0.5 m Tiefe aus. Die Entwicklung des Wurzelsystems einer Pflanze hängt auch sehr stark von den Eigenschaften des Bodens ab, insbesondere von Dichte, Durchlüftung, Wasserversorgung, der Verteilung von Nähr- und Schadstoffen. Gerade der letztere Faktor kann für die Wirksamkeit des Verfahrens entscheidend sein (KELLER 2006).

一个根本性的限制在于，植物修复的效果随深度增加而随根系分布的减少而降低。这一点对植物提取尤为明显，因为根系只能获取其吸水范围内的溶解态物质。相比之下，对污染物的稳定和转化作用在一定程度上可以达到更大的深度。不同植物的根系深度差异很大。长寿命的木本植物可将根系延伸至数米（5 m及以上）的深度（NEGRI et al. 2003）。这尤其适用于适应干旱生境且与深层地下水相连的物种（潜水植物）。除杨树和松树物种外，桉属（Eucalyptus）物种也属于此类。另一方面，禾草和一年生草本植物通常只形成深度不足0.5 m的浅根系。植物根系的发育在很大程度上还取决于土壤性质，特别是容重、通气性、水分供应以及养分和污染物的分布。恰恰是最后一个因素可能对方法的效果起决定性作用（KELLER 2006）。

Abgesehen von der Verfügbarkeit geeigneter Pflanzen, den logistischen und technischen Voraussetzungen zur Durchführung des Verfahrens, den Parametern der Bodenbelastung und den ökologischen Voraussetzungen des Standorts hängt die Eignung eines auf Pflanzen beruhenden Verfahrens zur Sanierung einer Boden-

除了适宜植物的可获得性、实施该方法的后勤与技术条件、土壤污染参数以及场地的生态条件之外，基于植物的方法是否适用于修复某一土壤

belastung ganz wesentlich von der Risikosituation, dem Sanierungsziel, den gesetzlichen Vorgaben, der verfügbaren Zeit, den Kosten und den zur Wahl stehenden Alternativen ab.

污染，在很大程度上还取决于风险状况、修复目标、法律规定、可用时间、成本以及可供选择的替代方案。

Während es ein Vorteil der Phytoremediation ist, im Vergleich zu anderen Verfahren nicht nur relativ kostengünstig sondern auch umweltfreundlich und landschaftlich ästhetisch zu gelten, ist der Faktor Zeit in der Regel eines der Hauptprobleme. Insbesondere bei der Phytoextraktion von anorganischen Schadstoffen ist meist die lange Dauer, mit der zu rechnen ist, bis tolerierbare Konzentrationen erreicht sind, das Hauptproblem; aber auch bis ein Wurzelsystem so weit entwickelt ist, dass eine genügende stabilisierende Wirkung eintritt, kann der Faktor Zeit für eine technische Lösung sprechen, wenn dadurch eine Gefährdung viel schneller beseitigt werden kann als mit Hilfe von Pflanzen.

与其他方法相比，植物修复的优势在于不仅成本相对较低，而且被认为环境友好、景观美观，但时间因素通常是主要问题之一。尤其是在无机污染物的植物提取中，达到可容忍浓度预计所需的漫长时间往往是主要问题；而且在根系发育到足以产生充分稳定作用之前，时间因素也可能使技术方案更为可取，因为技术方案能比植物更快地消除危害。

IV-3.3.2.2 Wirkungen von Pflanzen auf Schadstoffe im BodenIV-3.3.2.2 植物对土壤中污染物的作用

Zwischen Boden und Pflanzen bestehen vielfältige Wechselwirkungen, die für eine Phytoremediation ausgenutzt werden können (PILON-SMITS 2005). Die wesentlichen Wirkungen sollen im Folgenden kurz charakterisiert werden, bevor in den weiteren Abschnitten auf die Besonderheiten der einzelnen Phytoremediations-Verfahren eingegangen wird.

土壤与植物之间存在多种相互作用，可用于植物修复（PILON-SMITS 2005）。以下先简要描述其主要作用，然后在后续各节中讨论各种植物修复方法的特点。

IV-3.3.2.2.1 Stoffliche Wirkungen von Pflanzen auf den BodenIV-3.3.2.2.1 植物对土壤的物质作用

Alle grünen Pflanzen assimilieren mit Hilfe von Sonnenlicht im Prozess der Photosynthese Kohlenstoff aus dem Kohlendioxid der Atmosphäre. Bis zu einem Fünftel der Assimilate wird in Form verschiedenster chemischer Verbindungen ausgeschieden (OLsoN et al. 2003). Diese als Wurzelexsudate bezeichneten Ausscheidungen haben sehr vielfältige Wirkungen und erfüllen viele für die Pflanzen nützliche Funktionen (WALKER et al. 2003). Schleimstoffe stellen mechanischen Kontakt zwischen Feinwurzeln und Bodenteilchen her und schützen sie vor Austrocknung. Allelopathogene Substanzen hemmen im Konkurrenzkampf das Wachstum der Wurzeln anderer Arten. Organische Säuren erhöhen die Azidität um die Wurzeln herum und bilden als anionische Liganden Komplexe mit Metallkationen. Viele dieser organischen Liganden wie Citrat, Oxalat, Malat und viele andere können mehrfache Komplexbindungen eingehen und damit als Chelate bezeichnete Komplexe bilden, die sich durch eine besonders große Stabilität auszeichnen. Durch pH-Erniedrigung und Bildung gelöster Komplexe werden Spurenelemente wie Kupfer (Cu) und Zink (Zn) vermehrt in Lösung gebracht. Gräser scheiden spezielle Komplexbildner aus, die hochspezifische Chelate mit dreiwertigem Eisen (Fe) bilden und daher als Phytosiderophore bezeichnet werden. Für diese Chelate besitzen sie spezielle Transporter in ihren Zellmembranen, um das auf diese Weise mobilisierte Fe aus der Rhizosphärenlö- sung in die Wurzeln aufnehmen zu können (MARSCHNER 1995).

所有绿色植物都借助阳光通过光合作用从大气二氧化碳中同化碳。多达五分之一的同化产物以各种化学化合物的形式分泌出来（OLsoN et al. 2003）。这些被称为根系分泌物的物质具有非常多样的作用，并为植物发挥许多有益功能（WALKER et al. 2003）。黏液物质在细根与土壤颗粒之间建立机械接触，并保护细根免于干燥。化感物质在竞争中抑制其他物种根系的生长。有机酸提高根周围的酸度，并作为阴离子配体与金属阳离子形成络合物。其中许多有机配体，如柠檬酸根、草酸根、苹果酸根等，能够形成多重络合键，从而形成称为螯合物的络合物，其特点是稳定性特别高。通过降低pH和形成溶解态络合物，铜（Cu）和锌（Zn）等微量元素更多地进入溶液。禾草分泌特殊的络合剂，与三价铁（Fe）形成高度专一的螯合物，因此被称为植物铁载体。禾草细胞膜上具有针对这些螯合物的特殊转运蛋白，从而能够将以此方式活化的Fe从根际溶液吸收到根内（MARSCHNER 1995）。

Abgestorbene Pflanzensubstanz wird ebenso wie die Wurzelausscheidungen durch die Bodenorganismen größtenteils direkt mineralisiert; ein wesentlicher Anteil wird aber auch in Biomasse anderer Organismen sowie in Humussubstanzen des Bodens umgewandelt. Letztere stellen einen wichtigen Speicher für Nährstoffe im Boden dar, insbesondere auch für leicht austauschbare Kationen und Anionen. Die Humussubstanz ist zudem in der Regel der wichtigste Sorbent im Boden für apolare Stoffe und damit für eine breite Palette an organischen Schadstoffen. Höhermolekulare Komponenten der Wurzelausscheidungen, insbesondere Schleimstoffe, bilden zusammen mit analogen mikrobiellen Polysacchariden und der organischen Substanz des Bodens Kitt- und Klebstoffe, welche die mineralischen Bodenpartikel miteinander verbinden und dadurch einen wesentlichen Beitrag zur Bildung und Stabilisierung der Bodenstruktur liefern. Eine wichtige Komponente der Wurzelexsudation sind auch extrazelluläre Enzyme, welche den Abbau von organischen Polymeren in der Rhizosphäre katalysieren.

与根系分泌物一样，死亡的植物物质大部分被土壤生物直接矿化；但也有相当一部分被转化为其他生物的生物量以及土壤腐殖质。后者是土壤中重要的养分库，特别是易交换阳离子和阴离子的储库。此外，腐殖质通常是土壤中非极性物质最重要的吸附剂，因而也是多种有机污染物最重要的吸附剂。根系分泌物中的高分子组分，尤其是黏液物质，与类似的微生物多糖和土壤有机质共同构成胶结物和黏合物，将矿物土壤颗粒相互连接，从而对土壤结构的形成和稳定作出重要贡献。根系分泌物的另一重要组分是胞外酶，它们催化根际中有机聚合物的降解。

Durch aerobe Veratmung der in den Boden gelangenden Assimilate und ihrer Umwandlungsprodukte zu Kohlendioxid kommt es zu einem entsprechenden Eintrag an Kohlensäure in die Bodenlösung. Besonders stark kann sich diese akkumulieren, wenn die Entgasung durch hohe Wassersättigung des Porenraums gehemmt ist. Der hohe Partialdruck führt dann zu einer entsprechend starken Absenkung des pH-Wertes in der Bodenlösung, was wiederum die Löslichkeit von kationisch speziierenden Metallen entsprechend stark erhöht. Dies erhöht die Mobilität dieser Metalle in der Regel aber mehr als ihre Verfügbarkeit für einen Transfer durch Membranen in das Innere von Zellen; denn mit erhöhter Konzentration nimmt auch die Konkurrenz der Protonen in der Bodenlösung um Bindungsplätze an biotischen Liganden wie den Transporter-Proteinen in den Zellmembranen zu. Dies ist ein wesentlicher Grund dafür, dass sich Veränderungen des pH-Wertes der Bodenlösung in der Regel weniger stark auf die Bioverfügbarkeit von Spurenelementen als auf deren Mobilität im Boden auswirken und dass sich teilweise sogar der gegenteilige Effekt in der biologischen Wirkung (wie Toxizität oder Aufnahme durch Organismen) von Metallkationen einstellt.

进入土壤的同化产物及其转化产物经有氧呼吸生成二氧化碳，从而向土壤溶液中输入相应的碳酸。当孔隙空间含水饱和度高而抑制脱气时，碳酸可大量累积。高分压随即导致土壤溶液pH值相应大幅下降，进而使以阳离子形态存在的金属的溶解度相应大幅提高。然而，这通常对这些金属迁移性的提高大于对其透过细胞膜进入细胞内部的有效性的提高；因为随着质子浓度升高，土壤溶液中质子对生物配体（如细胞膜中的转运蛋白）上结合位点的竞争也随之加剧。这是土壤溶液pH值变化对微量元素生物有效性的影响通常弱于对其在土壤中迁移性的影响的一个重要原因，有时甚至会使金属阳离子的生物效应（如毒性或被生物吸收）出现相反的结果。

Die Sauerstoffzehrung, welche die Veratmung von Assimilaten in der Rhizosphäre zur Folge hat, kann vor allem bei eingeschränkter Bodendurchlüftung leicht zu anoxischen Bedingungen und je nach Verfügbarkeit alternativer Elektronenakzeptoren zu einem mehr oder weniger starken Absinken des Redoxpotenzials führen. Oft liegen wegen der geringen Löslichkeit und Diffusivität des molekularen Sauerstoff in wässriger Lösung anaerobe und aerobe Bereiche im Boden nur um Millimeter- bis Zentimeterdistanzen auseinander, was die Erfassung dieser Prozesse und ihrer Auswirkungen äußerst schwierig macht. Unter anaeroben Bedingungen ändert sich jedoch das chemische Milieu der Bodenlö- sung in jedem Fall drastisch, und dies umso mehr, je tiefer das Redoxpotenzial absinkt und sukzessive Nitrat und Nitrit, Mangan (Mn), Fe, und Sulfat reduziert, sowie molekularer Wasserstoff und Methan produziert werden. Durch reduktive Auflösung ihrer Oxide und Hydroxide können beim Wechsel von aeroben zu anaeroben Bedingungen Fe und Mn als zweiwertige Kationen in Konzentrationen freigesetzt werden, welche sich auf Pflanzen und andere Organismen toxisch auswirken. Auch in diesen (Hydr)oxiden eingeschlossene oder and ihren Oberflächen sorbierte Schadstoffe werden dabei freigesetzt, wie insbe-

根际中同化产物的呼吸作用所导致的耗氧，尤其在土壤通气受限时，很容易导致缺氧条件，并视替代电子受体的可获得性，引起氧化还原电位不同程度的下降。由于分子氧在水溶液中的溶解度和扩散系数都很低，土壤中厌氧区和好氧区往往仅相距数毫米至数厘米，这使得对这些过程及其影响的测定极为困难。然而，在厌氧条件下，土壤溶液的化学环境无论如何都会发生剧烈变化；氧化还原电位下降越深，依次还原硝酸盐和亚硝酸盐、锰（Mn）、Fe和硫酸盐，并产生分子氢和甲烷，这种变化就越剧烈。在由好氧向厌氧条件转变时，Fe和Mn的氧化物和氢氧化物发生还原溶解，可释放出浓度足以对植物和其他生物产生毒害的二价阳离子。包裹于这些（氢）氧化物中或吸附于其表面的污染物，尤其

sondere Schwermetalle. Zudem verdrängen die gelösten Fe- und Mnkationen andere Metallkationen auch von sonstigen Sorptionsplätzen und bringen sie dadurch in Lösung. Auch Gärungsprozesse erhöhen im Allgemeinen die Löslichkeit und Mobilität von Metallen, indem sie den gelösten organischen Kohlenstoff (DOC) im Boden durch Verbindungen anreichern, welche lösliche organische Komplexe mit Metallen bilden, insbesondere mit Cu. Während die Löslichkeit von kationisch speziierenden Metallen mit sinkendem Redoxpotenzial zunächst meist erhöht wird, geht sie auf der anderen Seite stark zurück, sobald es in der Folge von Sulfatreduktion zur Ausfällung von Metallsulfiden kommt, da deren Löslichkeit sehr gering ist.

是重金属，也会随之释放。此外，溶解态Fe和Mn阳离子还会将其他金属阳离子从其他吸附位点上置换下来，从而使其进入溶液。发酵过程一般也会提高金属的溶解度和迁移性，因为它们使土壤中的溶解性有机碳（DOC）富集了能与金属（尤其是Cu）形成可溶性有机络合物的化合物。随着氧化还原电位下降，以阳离子形态存在的金属的溶解度起初大多升高；但另一方面，一旦硫酸盐还原导致金属硫化物沉淀，由于其溶解度极低，金属溶解度便会大幅下降。

Wurzeln erniedrigen den pH der Rhizosphäre nicht nur durch die Ausscheidung von organischen Säuren und Kohlensäure, sondern auch durch die direkte Ausscheidung von Protonen mittels ATP-getriebener Protonenpumpen in den Zellmembranen. Dadurch wird ein elektrisches Potenzialgefälle über die Membran erzeugt, welches die Aufnahme von Kationen begünstigt und die von Anionen erschwert, und der positive Ladungsüberschuss kompensiert, der daraus entsteht, dass Pflanzen gesamthaft mehr Kationen als Anionen aufnehmen. Dieser Landungsüberschuss liefert einen wesentlichen Beitrag zur Azidität der Rhizosphäre. Als Anionen werden die Nährelemente Phosphor (P), Schwefel (S), Chlor (CI) und Molybdän (Mo) aufgenommen, als Kationen Calcium (Ca), Magnesium (Mg), Kalium (K), Link (Ln), Kupter (Cu), Eisen (Fe), Cobalt (Co), Mangan (Mn) und Nickel (Ni). Bor ist das einzige essenzielle Element, das in neutraler Form (Borsäure) aufgenommen wird. Stickstoff spielt eine spezielle Rolle, indem er sowohl als Kation (Ammonium) wie auch als Anion (Nitrat) aufgenommen werden kann. Je nachdem, wie stark der Anteil dieser beiden Formen ist, trägt die Stickstoffaufnahme damit zur Anhebung oder zur Absenkung des pH-Wertes in der Rhizosphäre bei.

根系降低根际pH，不仅通过分泌有机酸和碳酸，还通过细胞膜中ATP驱动的质子泵直接分泌质子。由此在膜两侧形成电位梯度，促进阳离子的吸收而阻碍阴离子的吸收，并补偿因植物总体吸收阳离子多于阴离子而产生的正电荷过剩。这种电荷过剩对根际酸度有重要贡献。营养元素磷（P）、硫（S）、氯（Cl）和钼（Mo）以阴离子形式被吸收，钙（Ca）、镁（Mg）、钾（K）、锌（Zn）、铜（Cu）、铁（Fe）、钴（Co）、锰（Mn）和镍（Ni）则以阳离子形式被吸收。硼是唯一以中性形式（硼酸）被吸收的必需元素。氮的作用较为特殊，它既可以阳离子（铵）形式被吸收，也可以阴离子（硝酸根）形式被吸收。因此，视这两种形态所占比例而定，氮的吸收可使根际pH值升高或降低。

Die Aufnahme von Stoffen durch die Wurzeln führt zur Verringerung ihrer Konzentrationen in der Bodenlösung an der Kontaktfläche zur Wurzel und damit zu entsprechenden Gradienten in den chemischen Potenzialen dieser Stoffe in der Rhizosphäre. Diese lösen Diffusions-, Lösungs- und Desorptionsprozesse aus, welche daraufhin ausgerichtet sind, diesen Ungleichgewichtszustand durch Nachlieferung der aufgenommenen Stoffe aus wurzelferneren Bereichen des Bodens wieder auszugleichen.

根系对物质的吸收导致其在根系接触面处土壤溶液中的浓度降低，从而在根际中形成这些物质化学势的相应梯度。这些梯度引发扩散、溶解和解吸过程，其趋势是通过从距根较远的土壤区域补给被吸收的物质，使这种非平衡状态重新趋于平衡。

IV-3.3.2.2.2 Physikalische Wirkungen von Pflanzen auf den BodenIV-3.3.2.2.2 植物对土壤的物理作用

Neben dem Eintrag und Entzug von Stoffen prägen Pflanzen einen Boden auch sehr stark durch physikalische Einwirkungen. Zu diesen wird hier auch die Aufnahme von Wasser durch die Wurzeln gezählt. In vernässten Böden kann die Entwässerungswirkung einer Vegetation die Durchlüftung wesentlich fördern. Dadurch werden vermehrt aerobe Bedingungen geschaffen, was die Erschließung des Bodens durch Pflanzenwurzeln weiter begünstigt. Der Wasserentzug vermindert die Tiefensickerung und damit die Auswaschung von Stoffen. Er schafft Rückhalteraum für infiltrierendes Niederschlagswasser und puffert dadurch die

除了物质的输入和移除之外，植物还通过物理作用对土壤产生强烈影响。此处也将根系吸水归入此类作用。在渍水土壤中，植被的排水作用可显著改善通气状况。由此形成更多的好氧条件，进一步有利于植物根系对土壤的开拓。水分的移除减少了深层渗漏，从而减少了物质的淋溶。它为入渗的降水提供了滞留空间，从而缓冲

Abflüsse. Der durch die Transpiration verursachte Wasserstrom führt gelöste Stoffe zu den Wurzeln mit sich (advektiver Transport). Die kapillare Spannung gekrümmter Wasseroberflächen trägt durch mechanische Kohäsion zwischen benetzten Bodenpartikeln zur Stabilisierung der Bodenstruktur bei. Auch die Wurzeln selbst spielen durch ihre armierende Wirkung eine wichtige Rolle für die mechanische Stabilität eines Bodens. Des Weiteren schützt Vegetation einen Boden auch gegen erosive mechanische Einwirkungen von Niederschlägen und Wind. Pflanzen stabilisieren die Bodenstruktur nicht nur, sondern haben auch einen direkten Einfluss auf ihre Entwicklung und Dynamik. Einerseits bilden durch Wurzeln geschaffene oder erweiterte Poren effiziente Wege für die Ableitung von Infiltrationswasser und den Gasaustausch mit der Atmosphäre, andererseits können Wurzeln bei begrenzter Wassernachlieferung einen Boden so stark austrocknen, dass es zur Bildung von Schrumpfrissen kommt, was Entwässerung und Durchlüftung weiter fördert.

径流。蒸腾作用引起的水流携带溶解态物质流向根系（对流迁移）。弯曲水面的毛管张力通过湿润土壤颗粒之间的机械内聚作用，有助于稳定土壤结构。根系本身通过其加筋作用，对土壤的机械稳定性也起着重要作用。此外，植被还保护土壤免受降水和风的侵蚀性机械作用。植物不仅稳定土壤结构，而且直接影响其发育和动态。一方面，根系形成或扩展的孔隙为入渗水的排出以及与大气的气体交换提供了有效通道；另一方面，在水分补给有限时，根系可使土壤强烈干燥而形成收缩裂隙，进一步促进排水和通气。

IV-3.3.2.2.3 Bedeutung der Vielfalt pflanzlicher Wirkungen auf den Boden für die PhytoremediationIV-3.3.2.2.3 植物对土壤作用的多样性对植物修复的意义

Fazit dieser kurzen Zusammenstellung ist, dass Pflanzen auf verschiedene Weise einen direkten starken Einfluss auf die chemische Zusammensetzung und Reaktivität der Bodenlösung, die organische Substanz, den Wasser-, Stoff- und Lufthaushalt, die Bodenstruktur und damit indirekt auch auf alle anderen Bodenprozesse nehmen kann, die von diesen Faktoren abhängen. Durch die Vielfalt der Wirkungspfade gehen auf einen Wirkungspunkt oft sehr unterschiedliche, nicht selten entgegen gesetzt gerichtete Einflüsse aus. Die Netto-Wirkung kann je nach den herrschenden Standortsbedingungen sehr unterschiedlich sein und ist oft schwer vorherzusagen. Deshalb sind zur Vorbereitung einer Phytoremediation in der Regel Testversuche auf dem zu behandelnden Standort notwendig, wenn sie Aussicht auf Erfolg haben soll.

上述简要归纳的结论是：植物可通过多种方式对土壤溶液的化学组成与反应性、有机质、水分、物质和空气状况以及土壤结构产生直接而强烈的影响，从而间接影响所有依赖于这些因素的其他土壤过程。由于作用途径多种多样，作用于同一作用点的影响往往差异很大，且不乏方向相反者。净效应可因主导的场地条件而大不相同，且往往难以预测。因此，若要使植物修复具有成功的前景，通常需要在待处理场地上预先开展试验。

IV-3.3.2.3 PhytotransformationIV-3.3.2.3 植物转化

Die irreversible Umwandlung von Schadstoffen in harmlose Substanzen ist die nachhaltigste Methode zur Sanierung von Boden, der mit organischen Schadstoffen belastet ist. Um dieses Ziel auf umweltschonende Weise zu erreichen, werden schon seit langem mikrobiologische Verfahren entwickelt und auch in der Praxis eingesetzt. Diese Verfahren werden mit dem Begriff Bioremediation bezeichnet. Auch Phytotransformation kann dazu verwendet werden, kontaminierte Böden von einer breiten Palette von organischen Schadstoffen zu befreien, insbesondere, wenn man dabei auch den phytostimulierten Abbau organischer Schadstoffen durch assoziierte Mikroorganismen mit einschließt (NEWMAN & REYNOLDS 2004).

将污染物不可逆地转化为无害物质，是修复受有机污染物污染土壤最具可持续性的方法。为以环境友好的方式实现这一目标，人们早已开发出微生物方法并应用于实践。这些方法统称为生物修复。植物转化同样可用于清除污染土壤中的多种有机污染物，尤其是将相关微生物在植物刺激下对有机污染物的降解也包括在内时（NEWMAN & REYNOLDS 2004）。

Bei der Gegenüberstellung von Bioremediation und Phytotransformation ist zu beachten, dass sich der photoautotrophe Stoffwechsel grüner Planzen wesentlich vom Stoffwechsel heterotropher Mikroorganismen unterscheidet. Grüne Pflanzen assimilieren durch Photosynthese Kohlenstoff aus der Atmosphäre, um

在比较生物修复与植物转化时应注意，绿色植物的光能自养代谢与异养微生物的代谢存在本质差异。绿色植物通过光合作用从大气中同化碳，以

Substrat für die Zellatmung zu gewinnen, und synthetisieren aus den Assimilaten auch alle von ihnen benötigten organischen Baustoffe. Biochemische Fähigkeiten zum Umgang mit nicht selbst produzierten Stoffen benötigen sie nur dazu, um diese zu entgiften, soweit sich ihre Aufnahme nicht verhindern lässt. Die Prozesse, die sich dabei abspielen, sind in der Regel relativ unspezifisch und bestehen in der enzymatischen Transformation des Schadstoffs in ein Produkt, das an die Zellwand gebunden oder in der Vakuole abgelagert werden kann. Im Unterschied zu grünen Pflanzen sind heterotrophe Bakterien und Pilze darauf angewiesen, ihren Energie- und Baustoffbedarf durch die Aufnahme von organischen Verbindungen aus der Umwelt zu decken. Eine effiziente Einschleusung dieser Verbindungen in den Stoffwechsel erfordert sehr spezifische Transformationsprozesse. Daher ist es nicht überraschend, dass Mikroorganismen eine extrem breite Palette an kata- und anabolischen Enzymen entwickelt haben; denn diese erlaubt es ihnen, die verschiedensten organischen Verbindungen als Stoffwechselsubstrat nutzen zu können.

获取细胞呼吸的底物，并利用同化产物合成其所需的全部有机构建物质。它们只有在无法阻止非自身产生物质进入体内时，才需要具备处理这些物质的生化能力，以便将其解毒。其中发生的过程通常相对非专一，表现为将污染物经酶促转化为可与细胞壁结合或沉积于液泡中的产物。与绿色植物不同，异养细菌和真菌必须从环境中摄取有机化合物以满足其能量和构建物质需求。将这些化合物高效纳入代谢需要高度专一的转化过程。因此，微生物进化出种类极为广泛的分解代谢和合成代谢酶并不令人意外，因为这使它们能够利用各种各样的有机化合物作为代谢底物。

Wegen dieser grundlegenden Unterschiede im Stoffwechsel sind xenobiotische Stoffe für Pflanzen primär Gifte, für Mikroorganismen aber praktisch immer auch potenzielle Energiequellen und Stoffwechselsubstrate. Mikrobielle Transformation bedeutet daher in der Regel, dass organische Schadstoffe abgebaut und mineralisiert werden, während sie in Pflanzen meist nur soweit umgewandelt werden, dass sie in für die Pflanze unschädlicher Weise entsorgt werden können. Aus diesem Grund ist es wichtig, zwischen Phytotransformation im engeren Sinn und pflanzengestützter Biodegradation zu unterscheiden (MCCUTCHEON & SCHNOOR 2003b). Bei letzterer besteht die Rolle der Pflanzen primär darin, ein für den mikrobiellen Abbau von Schadstoffen im Boden günstiges Milieu zu schaffen, geeignete Mikroorganismen-Populationen durch Exsudate im Wachstum zu fördern und ihre Abbau-Aktivität zu stimulieren (Phytostimulation).

由于代谢上的这些根本差异，外源性物质对植物而言主要是毒物，而对微生物而言则几乎总是潜在的能源和代谢底物。因此，微生物转化通常意味着有机污染物被降解和矿化，而在植物中，它们大多只被转化到能够以对植物无害的方式处置的程度。基于此，区分狭义的植物转化与植物辅助生物降解十分重要（MCCUTCHEON & SCHNOOR 2003b）。在后者中，植物的作用主要在于营造有利于土壤中污染物微生物降解的环境，通过分泌物促进适宜微生物种群的生长，并刺激其降解活性（植物刺激）。

IV-3.3.2.3.1 Das Modell der ·grünen Leber"IV-3.3.2.3.1 “绿色肝脏”模型

Da Pflanzen Biomasse nicht nur aufbauen, sondern, wenn sie nicht mehr benötigt wird, zumindest teilweise auch wieder abbauen, um Ausgangsstoffe für neue Synthesen oder Brennstoff zur Veratmung zu gewinnen, gibt es auch in Pflanzen ein breites Spektrum an katabolischen Stoffwechselwegen und zugehörigen Enzymen, über die Syntheseprodukte des Pflanzenstoffwechsels wieder metabolisiert und mineralisiert werden können. Je ähnlicher xenobiotische Substanzen solchen Molekülen sind, desto eher können sie von Pflanzen auch abgebaut werden.

植物不仅合成生物量，而且在不再需要时至少会部分地将其分解，以获取新的合成原料或呼吸燃料，因此植物体内也存在种类广泛的分解代谢途径及相应的酶，可将植物代谢的合成产物重新代谢和矿化。外源性物质与这类分子越相似，就越容易被植物降解。

Die Entgiftung von organischen Stoffen in Pflanzen hat viele Gemeinsamkeiten mit den Prozessen, die sich in der Leber von Tieren abspielen (BURKEN 2003). Aus diesem Grund wurde auch der Begriff der ·grünen Leber" eingeführt (SANDERMANN 1994). Weitgehende Parallelen scheinen zum Beispiel bei der Entgiftung von TCE (Trichlorethylen) in Pflanzen und Tieren zu bestehen (SHANG et al. 2003). In Pflanzen wird TCE in einem ersten Schritt durch Oxygenasen zu Trichloraethanol, Trichlorazetat und Dichlorazetat oxidiert, im zweiten Schritt werden diese Produkte mit Kohlenhydratbausteinen verbunden (Trichloraethanol beispielsweise mit Glucose), und im dritten Schritt werden die Konjugate in der Vakuole eingeschlossen oder in die Zellwand eingebunden (·bound residue"). In Tieren finden die analogen Schritte statt, aber mit dem Unterschied, dass Trichloroethanol mit Glucuron-Säure konjugiert wird und die Konjugate nicht dauerhaft gebunden, sondern mit dem Urin ausgeschieden werden. Solche Analogien in den Mechanismen des Entgiftungsstoffwechsels von Pflanzen und Tieren wurden auch für viele andere xenobiotische Substanzen gefunden. Dazu gehören Triazine wie das Pestizid Atrazin und der Sprengstoff RDX, Nitroaromate wie TNT und chlorierte aromatische Verbindungen wie PCB, Pentachlorophenol und 2,4-D.

植物体内有机物质的解毒与动物肝脏中发生的过程有许多共同之处（BURKEN 2003）。因此，人们也提出了“绿色肝脏”这一概念（SANDERMANN 1994）。例如，植物和动物对TCE（三氯乙烯）的解毒似乎存在高度相似性（SHANG et al. 2003）。在植物中，TCE第一步经加氧酶氧化为三氯乙醇、三氯乙酸和二氯乙酸；第二步这些产物与碳水化合物单元结合（例如三氯乙醇与葡萄糖结合）；第三步结合物被封存于液泡中或并入细胞壁（“结合残留”）。动物体内也发生类似的步骤，不同之处在于三氯乙醇与葡萄糖醛酸结合，且结合物并不被永久固定，而是随尿液排出。植物和动物解毒代谢机制的此类相似性在许多其他外源性物质中也有发现，包括三嗪类物质（如农药阿特拉津和炸药RDX）、硝基芳烃（如TNT）以及氯代芳香化合物（如PCB、五氯苯酚和2,4-D）。

Das Prinzip der grünen Leber ist in Abbildung 5 dargestellt. Der erste Schritt zur Detoxifikation einer organischen Verbindung in einer Pflanze besteht normalerweise in einer enzymatisch katalysierten Modifikation der Verbindung, durch welche eine geeignete Bindungsstelle für die nachfolgende Konjugation geschaffen wird (BURKEN 2003). Mehrheitlich erfolgt diese initiale Modifikation wie im Fall von Atrazin und vielen anderen Pestiziden durch Oxidation, beispielsweise in Form einer Hydroxylierung, d. h. der Addition einer OH-Gruppe. Durch Oxidation wird auch die Wasserlöslichkeit lipophiler Schadstotte erhöht. Eine Schlüsselrolle bei der oxidativen Transformation von xenobiotischen organischen Verbindungen spielen in Pflanzen Enzyme vom Typ Cytochrom P-450 (SCHRÖDER 2006). Weitere wichtige Klassen von Enzymen, welche die Transformation von organischen Xenobiotika in Pflanzen katalysieren, sind Peroxidasen, Peroxygenasen und Carboxylesterasen. Neben Oxidationen spielen auch Reduktionen eine gewisse Rolle als initiale Transformationsreaktionen, beispielsweise die Reduktion von Nitro-Gruppen durch Nitroreduktasen bei der Entgiftung von Nitroaromaten wie TNT (PILON-SMITS 2005).

绿色肝脏原理如图5所示。植物体内有机化合物解毒的第一步通常是对该化合物进行酶催化的修饰，从而为随后的结合反应创造适宜的结合位点（BURKEN 2003）。与阿特拉津及许多其他农药的情况一样，这种初始修饰大多通过氧化实现，例如羟基化，即加成一个OH基团。氧化还可提高亲脂性污染物的水溶性。在植物中，细胞色素P-450类酶在外源性有机化合物的氧化转化中起关键作用（SCHRÖDER 2006）。催化植物体内有机外源物质转化的其他重要酶类还有过氧化物酶、过氧合酶和羧酸酯酶。除氧化外，还原作为初始转化反应也起一定作用，例如在TNT等硝基芳烃的解毒中由硝基还原酶还原硝基（PILON-SMITS 2005）。

Der normalerweise auf die initiale chemische Modifikation folgende zweite Schritt der Detoxifikation von xenobiotischen Verbindungen wird als Konjugation bezeichnet (BURKEN 2003). Manchmal findet Konjugation aber auch ohne vorherige Transformation statt. Die Konjugate sind im Allgemeinen weniger toxisch und besser wasserlöslich als die unkonjugierten Verbindungen. Neben der Bildung von löslichen Konjugaten kommt auch direkte Konjugation an Zellwand-Lignin vor. Konjugationspartner sind in erster Linie Malonsäure, Glucose, Glutathion, Cystein und weitere Aminosäuren. Gut untersucht ist die Konjugation von Herbiziden an Glutathion, welche durch Glutathion-S-Transferasen (GST) katalysiert wird. GST spielen auch eine wichtige Rolle bei der Reaktion von Pflanzen auf Stress, z. B. bei der Abwehr von Pathogenen. Ebenfalls sehr weit verbreitet im Pflanzenreich ist die Konjugation mit Glucose, z. B. bei der Entgittung von Chlorphenylverbindungen wie den Metaboliten von DDT.

外源性化合物解毒中通常紧随初始化学修饰之后的第二步称为结合反应（BURKEN 2003）。但有时结合反应也可在未经前期转化的情况下发生。结合物通常比未结合化合物毒性更低、水溶性更好。除形成可溶性结合物外，也存在直接与细胞壁木质素结合的情况。结合对象主要为丙二酸、葡萄糖、谷胱甘肽、半胱氨酸及其他氨基酸。由谷胱甘肽S-转移酶（GST）催化的除草剂与谷胱甘肽的结合已得到深入研究。GST在植物对胁迫的响应中也起重要作用，例如抵御病原体。与葡萄糖结合在植物界中也非常普遍，例如在DDT代谢物等氯苯基化合物的解毒中。

Der dritte Schritt der Detoxifikation nach dem Schema der ·grünen Leber", die Sequestrierung der konjugierten Verbindungen, unterscheidet sich vom analogen Schritt in einer tierischen Leber dadurch, dass Pflanzen nicht über Mechanismen vertügen, welche diese Verbindungen vollständig aus dem Organismus entfernen, sondern sie aktiv nur aus dem Cytosol ausscheiden können (BURKEN 2003). Die Konjugate werden entweder in die Zell-Vakuolen oder in den Apoplasten befördert. Der dazu notwendige Transport durch die Membran des Tonoplasten (Vakuole) oder des Zytoplasmas erfolgt mittels ·Pumpen", welche auf das konjugierte Gluthation ansprechen und durch Stoffwechselenergie angetrieben werden, die aus der Spaltung von ATP gewonnen wird. Ein passiver Rücktransport der Konjugate durch Diffusion ist nicht möglich, so dass sie dauerhaft aus dem Cytosol entfernt werden. Die Akkumulation von Glutathion-Konjugaten in Vakuolen ist gewebespezifisch. In den Mesophyllzellen der Blätter verschiedener Pflanzen wurde eine sehr rasche Akkumulation gefunden, in den Epidermiszellen dagegen keine. Viele Verbindungen, die als Konjugate in den Apoplasten ausgeschieden werden, werden dort kovalent an die Zellwand gebunden und bilden dort so genannte ·bound residues". Viele bound residues sind am Lignin der Zellwand gebunden. Ein solcher Einbau von Metaboliten in die Zellwand wird auch als Lignifizierung bezeichnet. Lignifizierung wurde bei Triazolen und DDT gefunden. Neben Lignin können auch Hemizellulosen und Pektine bound residues binden.

按照“绿色肝脏”模式，解毒的第三步即结合化合物的隔离，与动物肝脏中相应步骤的区别在于：植物不具备将这些化合物完全排出体外的机制，而只能将其主动排出细胞质（BURKEN 2003）。结合物被转运至细胞液泡或质外体。为此所需的跨液泡膜（液泡）或细胞质膜转运，通过能识别谷胱甘肽结合物的“泵”完成，其驱动能量来自ATP水解所获得的代谢能。结合物无法通过扩散被动返回，因此被永久移出细胞质。谷胱甘肽结合物在液泡中的累积具有组织特异性。在多种植物叶片的叶肉细胞中发现了非常快速的累积，而在表皮细胞中则未发现。许多以结合物形式排入质外体的化合物在那里与细胞壁共价结合，形成所谓的“结合残留”。许多结合残留与细胞壁木质素结合。代谢物的这种并入细胞壁的过程也称为木质化。在三唑类化合物和DDT中已发现木质化现象。除木质素外，半纤维素和果胶也可结合结合残留。

IV-3.3.2.3.2 Aufnahme organischer Fremdstoffe durch PflanzenIV-3.3.2.3.2 植物对有机外源物质的吸收

Bevor ein Stoff in einer Pflanze transformiert werden kann, muss er von dieser aufgenommen werden. Die Aufnahme von organischen Stoffen durch Pflanzen ist in der Regel ein passiver Prozess (COLLINS et al. 2006). Sie kann je nach Flüchtigkeit nur über die wässrige, sondern auch über die Gasphase erfolgen. Bei Bodensanierungen ist die Verlagerung mit dem Strom des Transpirationswassers in der Regel der wichtigste Transportmechanismus (BURKEN 2003). Das Verhältnis zwischen der Konzentration des Stoffes im Xylemsaft zu seiner Konzentration im Porenwasser der Wurzelzone wird dabei als ·transpiration stream concentration factor" (TSCF) bezeichnet (BURKEN & SCHNOOR 1998). Für nichtionische organische Stoffe ist die Wasserlöslichkeit, ausgedrückt durch den Oktanol-Wasser-Verteilungskoeffizienten Kow, der beste bekannte Indikator. Die Beziehung zwischen den beiden Parametern ist nicht linear, sondern weist in semi-logarithmischer Darstellung (Abb. 6) in etwa den Verlauf einer Glockenkurve auf (BURKEN & SCHNOOR 1998). Bei Werten von log Kow Zwischen 1 und 4 ist der TSCF maximal. Bei kleineren Werten ist die Lipophilie zu klein für einen nennenswerten Transfer durch die Zellmembranen der Endodermis, welche den inneren Wurzelzylinder (Stele) vom Interzellularraum der Wurzelrinde (Cortex) trennt und damit den apoplastischen Weg des Wassers unterbricht. Bei größeren Werten von log Kow limitiert vermutlich die starke Bindung zu den Zellmembranen den Transfer in das Xylem.

物质在植物体内被转化之前，必须先被植物吸收。植物对有机物质的吸收通常是一个被动过程（COLLINS et al. 2006）。视挥发性而定，吸收不仅可经由水相，也可经由气相进行。在土壤修复中，随蒸腾水流的迁移通常是最重要的转运机制（BURKEN 2003）。物质在木质部汁液中的浓度与其在根区孔隙水中浓度之比称为“蒸腾流浓度因子”（TSCF）（BURKEN & SCHNOOR 1998）。对于非离子型有机物质，以正辛醇-水分配系数Kow表示的水溶性是已知的最佳指标。两个参数之间的关系并非线性，而是在半对数坐标图（图6）中大致呈钟形曲线（BURKEN & SCHNOOR 1998）。log Kow值介于1至4之间时，TSCF最大。数值较小时，亲脂性太弱，不足以显著透过内皮层细胞膜；内皮层将根内部的中柱与根皮层的胞间空间隔开，从而阻断了水分的质外体途径。log Kow值较大时，与细胞膜的强烈结合可能限制了向木质部的转移。

IV-3.3.2.3.3 Risiken, Unsicherheiten und Grenzen der pflanzeninternen PhytotransformationIV-3.3.2.3.3 植物体内植物转化的风险、不确定性与局限

Problematisch bei einer pflanzeninternen Phytotransformation kann sein, dass die Produkte vor allem bei einer Lokalisation in oberirdischen Pflanzenteilen eine erhöhte Exposition für die Aufnahme durch Tiere und eventuell sogar auch durch Menschen aufweisen (BURKEN 2003). Auch wenn der Metabolismus der ·grünen Leber" dafür sorgt, dass der Schadstoff für die Pflanze unschädlich ist, so heißt dies noch nicht zwingend, dass das Produkt auch für Tiere oder Men-

植物体内植物转化可能存在的问题是：其产物尤其是位于地上部分时，被动物乃至人类摄入的暴露风险增加（BURKEN 2003）。即使“绿色肝脏”代谢使污染物对植物无害，也并不必然意味着该产物对于食用该植物的动物或人

schen, welche die Pflanze verzehren, unbedenklich ist. Grundsätzlich kann wohl davon ausgegangen werden, dass die Transformationsprodukte weniger toxisch als die Ausgangssubstanzen sind und dass sie als bound residues zudem nur in sehr verringertem Masse bioverfügbar sind (GEVAO et al. 2000). Jedoch muss grundsätzlich immer auch damit gerechnet werden, dass nur ein Teil der Schadstoffe in den Pflanzen transformiert wird und dass eine Remobilisierung der gebundenen Metabolite möglich ist. Solange diese Fragen nicht zuverlässig abgeklärt sind, ist hier entsprechende Vorsicht in Bezug auf die Exposition der angebauten Pflanzen geboten.

类同样无害。原则上可以认为，转化产物的毒性低于母体物质，而且作为结合残留，其生物有效性也大为降低（GEVAO et al. 2000）。然而，原则上也始终必须考虑到只有部分污染物在植物体内被转化，且结合代谢物有可能被重新活化。在这些问题得到可靠澄清之前，对于所种植物的暴露问题应保持相应的谨慎。

Werden die Pflanzen nicht geerntet, sondern gelangen die Reste der Pflanzen nach ihrem Absterben wieder auf und in den Boden, so läuft die Phytotransformation organischer Schadstoffe bei unvollständigem Abbau letztlich auf dasselbe hinaus wie eine Phytostabilisierung der Metaboliten. Dies zeigt, dass zwischen den beiden Ansätzen keine absolut scharfe Grenze gezogen werden kann. Es stellt sich in diesem Fall wie bei einer Stabilisierung sonst auch insbesondere die Frage, wie weit eine Remobilisierung der bound residues mit dem mikrobiellen Ab- und Umbau der organischen Substanz im Boden möglich ist. Dies kann unter Umständen auch noch lange Zeit, nachdem die Zellwandreste durch Humifizierung in sekundäre organische Bodensubstanz umgewandelt worden sind, erfolgen.

若不收获植物，而是植物死亡后其残体重新回到土壤表面和土壤中，则在降解不完全的情况下，有机污染物的植物转化最终与代谢物的植物稳定殊途同归。这表明两种途径之间无法划出绝对明确的界限。在这种情况下，与其他稳定措施一样，尤其需要考虑的问题是：随着土壤有机质的微生物分解与转化，结合残留在多大程度上可能被重新活化。在某些情况下，这甚至可能在细胞壁残体经腐殖化转变为次生土壤有机质之后很长时间才发生。

Die wichtigste Beschränkung der Phytotransformation von Xenobiotika in Pflanzen resultiert jedoch daraus, das die pflanzliche Aufnahme vieler der aus dem Boden zu entfernenden Stoffe limitiert ist. Dies wird nicht nur durch die Erreichbarkeit und Verfügbarkeit der Kontamination für eine Aufnahme durch die Wurzeln, sondern auch durch die grundsätzliche Fähigkeit der Pflanze bestimmt, die betreffenden Stoffe aufzunehmen. Die extrem niedrige Löslichkeit von PAK und ihre starke Sorption an Bodenpartikel, insbesondere durch Humussubstanz, ist einer der wesentlichen Gründe, warum Pflanzen den Abbau von PAK im Boden höchstens indirekt fördern (MCCUTCHEON & SCHNOOR 2003). Wohl ist theoretisch eine Phytotransformation von PAK auch mittels pflanzlichen Exoenzymen in der Rhizosphäre möglich; jedoch sind die indirekten Wirkungen auf die mikrobielle Aktivität wohl entscheidend für den Einfluss, den Pflanzen auf den Abbau von PAK im Boden haben (PILON-SMITS 2005). Auch PCB werden von Pflanzen wegen ihrer sehr geringen Löslichkeit kaum aufgenommen. Der log Kow der verschiedenen PCB-Kongenere reicht von 4.5 bis >8, was entsprechend tiefe TSCF-Werte zur Folge hat (vgl. Abb. 6). Zudem sind PCB grundsätzlich schwer abbaubar. Die Abbaubarkeit hängt insbesondere von der Anzahl der Chloratome und deren Position (ortho, meta und para) im Molekül ab. Je geringer die Anzahl der Chloratome ist, desto leichter ist ein PCB- Kongener im Allgemeinen abbaubar.

然而，植物体内外源物质植物转化最重要的限制在于，许多需从土壤中去除的物质被植物吸收的程度有限。这不仅取决于污染物对根系吸收的可达性和有效性，也取决于植物吸收相关物质的基本能力。PAK（多环芳烃）溶解度极低且强烈吸附于土壤颗粒（尤其是腐殖质），这是植物至多只能间接促进土壤中PAK降解的主要原因之一（MCCUTCHEON & SCHNOOR 2003）。理论上，借助根际中的植物胞外酶对PAK进行植物转化也是可能的；但植物对土壤中PAK降解的影响可能主要取决于其对微生物活性的间接作用（PILON-SMITS 2005）。由于溶解度极低，PCB也几乎不被植物吸收。各种PCB同系物的log Kow介于4.5至>8之间，相应导致TSCF值很低（参见图6）。此外，PCB本质上难以降解。其可降解性尤其取决于分子中氯原子的数目及其位置（邻位、间位和对位）。一般而言，氯原子数目越少，PCB同系物越容易降解。

Es gibt aber auch Verbindungen, die trotz hohem log Kow gut von Pflanzen aufgenommen und in die oberirdischen Teile transportiert werden. Dazu gehören Pentachlorphenole (PCP). HARMS et al. (2003) berichten von Untersuchungsergebnissen, wonach ca. 16 % der von Pflanzen aufgenommenen PCP in bound residues umgewandelt. wurden. Andere Verbindungen werden zwar gut aufgenommen, aber kaum metabolisiert oder inaktiviert. Beispielsweise wird Trinitrotoluol (TNT), welches einen log Kow von etwa 2.5 hat, gut von Pflanzen aufgenommen, in den Pflanzen aber gewöhnlich nur in geringem Masse metabolisiert (SUBRAMANIAN and SHANKS 2003). Durch Einbau des Nitroreduktasegens von Enterobacter cloacae konnten HANNINK et al. (2001) die Metabolisierung von TNT in Tabakpflanzen jedoch signifikant steigern und damit auch die TNT- Toleranz entsprechend erhöhen. Trichloethylene (TCE) schließlich ist ein Beispiel für eine Verbindung, die durch Pflanzen sowohl leicht aufgenommen als auch metabolisiert wird. In den USA werden Weiden und Pappeln eingesetzt um TCE aus belastetem Grundwasser zu entfernen. Das aufgenommene TCE wird zu einem großen Teil volatilisiert, zu einem gewissen Teil aber auch transformiert und mineralisiert. wobei das freiwerdende Chlorid durch die Wurzeln in die Rhizosphäre exudiert wird (NEWMAN et al. 1997, SHANG et al. 2003).

但也有一些化合物尽管log Kow较高，仍能被植物良好吸收并转运至地上部分，五氯苯酚（PCP）即属此类。HARMS et al. (2003) 报道的研究结果表明，植物吸收的PCP约有16 %转化为结合残留。另一些化合物虽然能被良好吸收，却几乎不被代谢或失活。例如，log Kow约为2.5的三硝基甲苯（TNT）能被植物良好吸收，但在植物体内通常仅有少量被代谢（SUBRAMANIAN and SHANKS 2003）。然而，HANNINK et al. (2001) 通过导入阴沟肠杆菌（Enterobacter cloacae）的硝基还原酶基因，显著提高了烟草植株对TNT的代谢，并相应提高了其对TNT的耐受性。最后，三氯乙烯（TCE）是一个既易被植物吸收又易被代谢的化合物实例。在美国，柳树和杨树被用于去除受污染地下水中的TCE。被吸收的TCE大部分被挥发，但也有一定部分被转化和矿化，释放出的氯离子经根系分泌到根际中（NEWMAN et al. 1997, SHANG et al. 2003）。

IV-3.3.2.3.4 Wirkungen von Pflanzen auf den mikrobiellen Abbau von Schadstoffen im BodenIV-3.3.2.3.4 植物对土壤中污染物微生物降解的影响

Pflanzen können den mikrobiellen Abbau von PAK und anderen aromatischen Schadstoffen stimulieren, indem sie durch Exsudation niedermolekularer aromatischer Verbindungen (z. B. phenolischer Verbindungen) die Synthese mikrobieller Enzyme induzieren, welche dann auch die resistenteren höher-ringigen PAK angreifen (MCCUrCHEON & SCHNOOR 2003). Generell wird der Abbau hydrophober Schadstoffe durch die Ausscheidung von Substanzen gefördert, welche die Löslichkeit dieser Schadstoffe erhöhen (SICILIANO & GERMIDA 1998). Dazu gehören insbesondere benetzungsfördernde Substanzen (surfactants). Auf analoge Weise kann auch der Abbau von PCB durch Dioxygenase-Enzyme in der Rhizosphäre induziert werden. Generell führt die stark erhöhte Verfügbarkeit von abbaubarer organischer Substanz in der Gegenwart von Pflanzenwurzeln zu stark erhöhten Dichten und Aktivitäten mikrobieller Populationen in der Rhizosphäre, wodurch auch der Abbau resistenter Verbindungen beschleunigt wird (KARTHIKEYAN et al. 2004). Die Komplexität dieser Effekte ist kaum überschaubar und wird weiter dadurch gesteigert, dass es auch pflanzliche Effekte gibt, welche die Bioverfügbarkeit von organischen Schadstoffen im Boden herabsetzen. Beispielsweise kann sich mit der Humifizierung von Exsudaten und pflanzenbürtigen Reststoffen die Sorptionskapazität für lipophile Verbindungen erhö- hen und auch eine vermehrte Bildung von bound residues einhergehen.

植物可通过分泌低分子量芳香化合物（如酚类化合物）诱导微生物酶的合成，进而使这些酶也作用于更难降解的高环PAK，从而刺激PAK及其他芳香族污染物的微生物降解（MCCUrCHEON & SCHNOOR 2003）。总体而言，分泌能提高疏水性污染物溶解度的物质可促进这些污染物的降解（SICILIANO & GERMIDA 1998），其中尤其包括促进润湿的物质（表面活性剂）。以类似方式，根际中双加氧酶对PCB的降解也可被诱导。总体而言，植物根系存在时可降解有机物的有效性大幅提高，导致根际微生物种群密度和活性大幅增加，从而也加速了难降解化合物的降解（KARTHIKEYAN et al. 2004）。这些效应的复杂性几乎难以把握，而且还存在降低土壤中有机污染物生物有效性的植物效应，使其复杂性进一步增加。例如，随着分泌物和植物源残留物的腐殖化，对亲脂性化合物的吸附容量可能提高，同时结合残留的形成也可能增加。

Von großer Bedeutung für die mikrobielle Transformation von Schadstoffen im Boden ist vor allem der Einfluss von Pflanzen auf die Redoxverhältnisse im Boden. Durch den Entzug von Wasser aus dem Porenraum werden einerseits aerobe Bedingungen begünstigt; andererseits kann durch die Wurzelatmung und durch die mikrobielle Veratmung von Wurzelexsudaten der Sauerstoffverbrauch beschleunigt werden, so dass in Wurzelnähe bei limitierter Bodendurchlüftung anaerobe Verhältnisse entstehen. EBERTS et al. (2005) fanden in einem Demonstrationsversuch unter Feldbedingungen, dass Pappeln den Abbau von TCE in einem verschmutzten oberflächennahen Grundwasser deutlich beschleunigten, und führten diese Wirkung darauf zurück, dass die Wurzeln durch ihre Exsudation laufend Elektronen-Donoren ins Grundwasser lieferten, welche die Entste-

对于土壤中污染物的微生物转化而言，植物对土壤氧化还原状况的影响尤为重要。一方面，从孔隙空间中吸取水分有利于形成好氧条件；另一方面，根系呼吸以及根系分泌物的微生物呼吸会加速耗氧，从而在土壤通气受限时在根系附近形成厌氧条件。EBERTS et al. (2005) 在一项田间条件下的示范试验中发现，杨树显著加速了受污染浅层地下水中TCE的降解，并将这一作用归因于根系通过分泌作用持续向地下水提供电子供体，从而使

hung Fe-reduzierender Bedingungen und die Dechlorierung des Schadstoffs ermöglichten. Pappeln sind darüber hinaus aber auch zur pflanzeninternen Phytotransformation und Phytodegradation (sowie zur Phytovolatilisierung) von TCE befähigt (NEWMAN et al. 1997).

Fe还原条件得以形成、污染物得以脱氯。此外，杨树还能够对TCE进行植物体内的植物转化和植物降解（以及植物挥发）（NEWMAN et al. 1997）。

IV-3.3.2.4 PhytostabilisierungIV-3.3.2.4 植物稳定

Obwohl der Boden durch Stabilisierungsmaßnahmen nicht von Schadstoffen befreit wird, ist eine Risikoreduktion durch Inaktivierung und Immobilisierung stofflicher Bodenbelastungen in vielen Fällen von den Kosten, den Umweltauswirkungen und auch der technischen Machbarkeit her gesehen die einzige realistische Alternative zu Aushub und Umlagerung des belasteten Bodenmaterials (BERTI & CUNNINGHAM 2000). Auch wenn eine Stabilisierung keine definitive Lösung ist, kann sie sehr nützlich sein, um Zeit für die Suche nach besseren Lösungen zu gewinnen. Rein physikalisch-chemische bautechnische Verfahren wie die Einkapselung, Versiegelung, Verglasung oder Betonierung haben hier den Nachteil, dass sie die Fähigkeit eines Bodens, als Habitat für Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen zu dienen, stark beeinträchtigen oder sogar völlig zerstö- ren. Mit dem Verlust dieses Potenzials kann der Boden auch die ökologischen Funktionen nicht mehr erfüllen, die mit der Habitatfunktion verbunden sind, wie zum Beispiel der Abbau von organischen Rest-, Abfall- und Schadstoffen, die in den Boden gelangen, die Filterung von Sickerwasser und die Versorgung von Pflanzenkulturen mit Wasser und Nährstoffen. Phytotechnische Maßnahmen zur Stabilisierung einer Kontamination haben demgegenüber den Vorteil, dass diese ökologische Qualität des Bodens im bestehenden Zustand erhalten oder sogar verbessert wird. Ein mit Vegetation bedeckter Standort ist auch aus landschaftlicher Sicht in der Regel attraktiver als eine kahle Fläche.

尽管稳定措施并不能清除土壤中的污染物，但从成本、环境影响和技术可行性来看，通过使土壤污染物失活和固定来降低风险，在许多情况下是挖掘和转移受污染土壤材料之外唯一现实的替代方案（BERTI & CUNNINGHAM 2000）。即使稳定并非最终解决方案，它也可能非常有用，可为寻找更好的解决方案赢得时间。纯物理化学的工程方法，如封装、封闭、玻璃化或混凝土浇筑，其缺点是会严重损害甚至完全破坏土壤作为植物、动物和微生物栖息地的能力。随着这一潜力的丧失，土壤也无法再履行与栖息地功能相关的生态功能，例如降解进入土壤的有机残留物、废弃物和污染物，过滤渗漏水，以及为作物供应水分和养分。相比之下，稳定污染的植物技术措施的优点在于，土壤的这种生态质量得以维持现状甚至得到改善。从景观角度看，植被覆盖的场地通常也比裸地更具吸引力。

Phytostabilisierung ist überall dort als Option in Betracht zu ziehen, wo die Beseitigung einer Bodenkontamination nicht möglich oder praktikabel ist, die Risikosituation aber eine Reduktion des von ihr ausgehenden Gefahrenpotenzials erfordert und technische Stabilisierungsmaßnahmen nicht in Frage kommen (VANGRONSVELD et al. 1995). Eine solche Situation ist insbesondere dann gegeben, wenn die Eignung eines Boden, der durch Schadstoffe belastet ist, die gegen biologischen Abbau zu resistent und auch nicht genügend phytoextrahierbar sind, als Pflanzenstandort erhalten oder wiederhergestellt werden soll. Phytostabilisierung ist dann im Grunde die einzige Möglichkeit zur Reduktion der Risiken, die von einer solchen Belastung ausgehen. Reduktion der Risiken heißt dabei, dass die Wirkungspfade unterbrochen werden, über welche die Kontamination potenzielle Empfänger gefährden oder schädigen kann. Ziel einer Phytostabilisierung ist es in diesem Sinn zunächst einmal eine weitere Ausbreitung der Schadstoffe zu verhindern. Eine solche Ausbreitung kann in gelöster Form mit dem Wasser erfolgen, welches den kontaminierten Boden durchströmt, an mineralische Bodenpartikel oder organische Bodensubstanz gebunden sein, welche abgespült, abgeweht oder auch durch Mensch und Tiere verschleppt werden, durch Aufnahme in Pflanzen und weiteren Transfer in der Nahrungskette, sowie bei flüchtigen Stoffen auch über die Gasphase (Collins et al. 2006).

凡是无法或不宜清除土壤污染、但风险状况要求降低其潜在危害且不宜采用技术稳定措施的场合，均应考虑将植物稳定作为一种选择（VANGRONSVELD et al. 1995）。尤其是当受污染土壤中的污染物对生物降解抗性过强、又不能充分被植物提取，而该土壤作为植物生长场所的适宜性又需要保持或恢复时，就属于这种情况。此时，植物稳定基本上是降低此类污染风险的唯一途径。降低风险意味着切断污染物可能危害或损害潜在受体的暴露途径。从这个意义上说，植物稳定的首要目标是阻止污染物的进一步扩散。这种扩散可以通过以下方式发生：以溶解态随流经污染土壤的水迁移；结合在矿物土壤颗粒或土壤有机质上，经冲刷、风蚀或被人和动物携带而扩散；经植物吸收并在食物链中进一步传递；对于挥发性物质，还可经由气相扩散（Collins et al. 2006）。

IV-3.3.2.4.1 Wirkungen von Pflanzen auf die Mobilität von Schadstoffen in BödenIV-3.3.2.4.1 植物对土壤中污染物迁移性的影响

Schutz des Bodens gegen Erosion

保护土壤免受侵蚀

Eine genügend dichte Vegetation schützt den Boden vor allem gegen Erosion. Sprosse und Blätter schirmen die Bodenoberfläche gegen den Aufprall von Niederschlägen ab. Auch gegen Wind wird der Boden durch eine Vegetation wirksam geschützt. Das Wurzelwerk bildet eine Armierung, die den Boden zusammenhält. Wurzelausscheidungen liefern Kittstoffe, welche die Bodenpartikel zu größeren Aggregaten verkleben, und Nahrung für die Bodenlebewesen, welche durch ihre Aktivität ebenfalls auf verschiedene Weise die Entwicklung einer aggregierten Bodenstruktur und deren mechanische Stabilität fördern. Bioporen, zu denen auch Wurzelkanäle gehören, wirken als effizientes Entwässerungs- und Durchlüftungssystem. Durch die Aufnahme von Transpirationswasser leisten die Wurzeln einen wesentlichen Beitrag zur Entwässerung und damit auch Durchlüftung des Bodens. Dies erhöht die Kapazität des Bodens, bei Niederschlagsereignissen Wasser aufzunehmen, und vermindert damit Oberflächenabflüsse und deren erosive Wirkung. Zugleich bietet eine Vegetationsdecke Schutz gegen oberflächliche Austrocknung durch Einstrahlung und Wind, so dass die Bodenoberfläche auch durch kapillare Kohäsion der Bodenteilchen besser gegen Winderosion stabilisiert ist als im vegetationsfreien Zustand.

足够茂密的植被首先保护土壤免受侵蚀。茎叶遮挡土壤表面免受降水冲击。植被也能有效保护土壤免受风蚀。根系形成加筋结构，将土壤固结在一起。根系分泌物提供胶结物质，将土壤颗粒黏结成较大的团聚体，并为土壤生物提供食物，而土壤生物的活动也以多种方式促进团聚结构的形成及其机械稳定性。生物孔隙（包括根孔）构成高效的排水和通气系统。通过吸收蒸腾用水，根系对土壤排水以及通气作出重要贡献。这提高了土壤在降水事件中吸纳水分的能力，从而减少地表径流及其侵蚀作用。同时，植被覆盖可防止辐射和风造成的表层干燥，因此与无植被状态相比，土壤表面还能借助土壤颗粒的毛管内聚作用更好地抵御风蚀。

Schutz gegen Wind- und Wassererosion ist vor allem dort wichtig, wo Schadstoffe in hohen Konzentrationen an den mineralischen und organischen Bodenteilchen der Bodenoberfläche gebunden sind. Solche Kontaminationen sind weit verbreitet als Folge von Depositionen schadstoffbelasteter Stäube, Schadstoffeinträgen mit der Bodenbewirtschaftung (Pflanzenschutzmittel, Klärschlämme etc.) sowie Ablagerungen von Rückständen aus Bergbau und Industrie und von anderen Abfällen. In dieser Hinsicht ein großes Problem sind insbesondere Bergbauhalden, deren hohe Gehalte an toxischen Substanzen (Schwermetalle, Kohlepartikel etc.) ein großes Risikopotenzial beinhalten und die wegen der extremen geochemischen und oft auch physikalischen Eigenschaften des abgelagerten Materials (pH, Nährstoffverfügbarkeit, Wasserspeichervermögen, Durchlässigkeit) für das Aufkommen einer Vegetation sehr ungünstige Voraussetzungen bieten (LI 2006). Erschwerend kommt bei der Rekultivierung von solchen Bergbaustandorten und -landschaften oft noch ein sehr trockenes Klima hinzu, indem es einerseits das Pflanzenwachstum limitiert, andererseits die Wind- und auch Wassererosion begünstigt (CONESA et al. 2007, MENDEZ & MAIER 2008).

在污染物以高浓度结合于土壤表面矿物和有机颗粒上的场合，防止风蚀和水蚀尤为重要。此类污染普遍存在，其成因包括受污染粉尘的沉降、土地经营带来的污染物输入（植保剂、污泥等），以及采矿和工业残渣及其他废弃物的堆放。在这方面，尤其突出的问题是矿山废石堆：其有毒物质（重金属、煤颗粒等）含量高，蕴含巨大的风险潜力；且由于堆积物料具有极端的地球化学性质，往往还具有极端的物理性质（pH、养分有效性、持水能力、渗透性），为植被的定植提供了非常不利的条件（LI 2006）。在此类矿区场地和矿区景观的复垦中，往往还叠加有非常干旱的气候，这一方面限制植物生长，另一方面又加剧风蚀和水蚀，使问题更加复杂（CONESA et al. 2007, MENDEZ & MAIER 2008）。

Verminderung der Tiefensickerung

减少深层渗漏

Die zweite wichtige Wirkung einer Vegetation hinsichtlich der Immobilisierung einer Bodenbelastung besteht in der Reduktion der Tiefensickerung infolge des Entzugs von Transpirationswasser durch die Wurzeln (RoBINsON et al. 2003, VosE et al. 2003, PILON-SMITS 2005). Grundsätzlich ist die maximal mögliche Rate der Transpiration durch die Energie limitiert, die für die Verdunstung des Wassers zur Verfügung steht. Diese wird in erster Linie von der Sonneneinstrahlung gespeist. Wie viel dieser Energie aber tatsächlich in Verdunstungsenthalpie umgesetzt wird, hängt aber davon ab, wie viel Wasserdampf die Atmosphäre auf-

植被在固定土壤污染方面的第二个重要作用，是通过根系吸收蒸腾水分而减少深层渗漏（RoBINsON et al. 2003, VosE et al. 2003, PILON-SMITS 2005）。原则上，蒸腾速率的最大可能值受可用于水分蒸发的能量限制，而该能量主要来自太阳辐射。然而，这些能量中实际有多少转化为蒸发焓，则取决于大气能够容纳多少水汽、

nehmen kann, wie schnell die mit Wasserdampf angereicherte Luft um die Blätter ausgetauscht wird und wie viel Wasser überhaupt von der Pflanze zur Verdunstung zur Verfügung gestellt werden kann, d. h. von Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Luftzirkulation, sowie vom Bodenwasserpotenzial und von der Durchwurzelung des Bodens.

叶片周围富含水汽的空气交换速度有多快，以及植物究竟能够提供多少水分用于蒸发，即取决于空气湿度、温度和空气流通，以及土壤水势和土壤中的根系分布。

Um eine möglichst große Wasseraufnahme zu erreichen, ist eine dichte, tiefgründige Durchwurzelung des Bodens anzustreben. Im Unterschied zu Gebieten mit negativer klimatischer Wasserbilanz, d. h. einem Uberschuss an potenzieller Evapotranspiration gegenüber den Niederschlägen, kann die Tiefensickerung in einem humiden Klima durch eine Vegetation nur vermindert, aber nicht völlig unterbunden werden. Es kann dann erforderlich sein, das Sickerwasser zu fassen und zu behandeln, um den Austrag von Schadstoffen zu begrenzen.

为实现尽可能大的水分吸收，应力求使根系在土壤中分布稠密且深入。与气候水分平衡为负值（即潜在蒸散量超过降水量）的地区不同，在湿润气候下，植被只能减少而不能完全阻止深层渗漏。此时可能需要收集并处理渗滤水，以限制污染物的输出。

Bindung von Schadstoffen durch die Wurzeln

根系对污染物的结合

Eine weitere Immobilisierungswirkung von Pflanzen besteht in der Bindung von Schadstoffen durch die Wurzeln. Dazu ist keine Aufnahme durch Wurzelzellen nötig wie bei der Phytoextraktion. Es genügt eine Bindung an die Zellwände. Diese sind über das Netzwerk der interzellularen Zwischenräume direkt mit der Bodenlösung der Rhizosphäre verbunden und von dieser aus allein durch Diffusion und Konvektion erreichbar, ohne dass eine Zellmembran durchquert werden muss. Wegen der großen Sorptionskapazität der Zellwände können in diesem als Apoplast bezeichneten Raum außerhalb der Zellmembranen auch beträchtliche Mengen von Stoffen gebunden werden, die von der Pflanze nicht oder nur in verhältnismäßig geringem Masse über die Wurzeln aufgenommen werden, z. B. das Schwermetall Blei (Pb).

植物的另一种固定作用在于根系对污染物的结合。这并不需要像植物提取那样由根细胞吸收，只需结合于细胞壁即可。细胞壁通过细胞间隙网络与根际土壤溶液直接相连，污染物仅凭扩散和对流即可从土壤溶液到达细胞壁，而无需穿越细胞膜。由于细胞壁具有很大的吸附容量，在这一位于细胞膜之外、被称为质外体的空间中，也可结合相当数量的、植物不经根系吸收或仅少量吸收的物质，例如重金属铅（Pb）。

Abb. 8: Spurenelement-Aufnahmestrategien von Pflanzen nach Baker (1981). Darstellung leicht modifiziert nach McGRATH et al. (2000).图8：植物对微量元素的吸收策略（依据Baker (1981)）。图示据McGRATH et al. (2000)略作修改。

Dass Schadstoffe von der Aufnahme in den Symplasten ausgeschlossen werden, ist bei einer Phytostabilisierung kein Nachteil, sondern im Gegenteil sogar erwünscht. Dadurch werden Toxizitätsprobleme vermindert und eine Translokation der Schadstoffe in die oberirischen Teile der Pflanze vermieden, so dass über diesen Expositionsweg kein Transfer in eine Nahrungskette erfolgen kann. In diesem Punkt besteht also ein grundlegender Unterschied zwischen Phytostabilisierung und Phytoextraktion, der auch für die Wahl der Pflanzen wesentlich ist. Während für die Phytoextraktion eine hohe Akkumulationsleistung erwünscht ist, sollten für eine Phytostabilisierung nach Möglichkeit Excluder- Pflanzen (s.a. IV-3.3.2.5.1; Abbildung 8) verwendet werden.

在植物稳定中，污染物被排斥于共质体吸收之外并非缺点，相反甚至是所期望的。这样可以减轻毒性问题，并避免污染物向植物地上部转运，从而不会经由这一暴露途径进入食物链。因此，在这一点上植物稳定与植物提取存在根本区别，这对植物的选择也至关重要。植物提取需要较高的富集能力，而植物稳定则应尽可能采用排斥型植物（另见IV-3.3.2.5.1节；图8）。

Chemische Immobilisierung von Schadstoffen in der Rhizosphäre

根际中污染物的化学固定

Auch über das chemische Milieu der Rhizosphäre können Pflanzen immobilisierende Wirkungen auf Schadstoffe im Boden ausüben. Beispielsweise vermindert eine Erhöhung des pH-Wertes in der Rhizosphäre die Löslichkeit von Metallkationen. Starke Einträge an Wurzeldeposition und Exsudaten fördern die Bildung von Humus und erhöhen damit die Sorptionskapazität des Bodens. Sie können auch vorübergehend zu Anaerobie führen, so dass mobiles Cr(VI) zum immobilen Cr(III) reduziert wird. Sinkt das Redoxpotenzial so stark ab, dass S zu Schwefelwasserstoff (HS, HS) reduziert wird, können Schwermetalle in Form sehr schwerlöslicher Sulfide ausgefällt werden. Umgekehrt kann der Wechsel von anaeroben zu aeroben Bedingungen durch die Oxidation von gelöstem Fe(II) und Mn(II) zu Fe(III) bzw. Mn(IV) und deren Ausfällung als Oxide und Hydroxide die Sorptionskapazität für Schwermetalle stark erhöhen.

植物还可通过根际的化学环境对土壤中的污染物产生固定作用。例如，根际pH值升高会降低金属阳离子的溶解度。大量的根系沉积物和分泌物输入可促进腐殖质的形成，从而提高土壤的吸附容量。它们也可能导致暂时性的厌氧状态，使可移动的Cr(VI)被还原为不可移动的Cr(III)。若氧化还原电位降低到足以使S被还原为硫化氢（H₂S, HS⁻）的程度，重金属可以极难溶的硫化物形式沉淀。反之，由厌氧条件转变为好氧条件时，溶解态Fe(II)和Mn(II)被氧化为Fe(III)和Mn(IV)，并以氧化物和氢氧化物形式沉淀，可大幅提高对重金属的吸附容量。

Risiken einer Mobilisierung von Schadstoffen durch Pflanzen

植物对污染物的活化风险

Die vorhergehenden Erläuterungen machen deutlich, dass Pflanzen auf sehr verschiedene Weise immobilisierend auf Bodenkontaminationen wirken können. Bei der Planung und Durchführung von Maßnahmen zur Phytostabilisierung einer Kontamination ist aber zu berücksichtigen, dass Pflanzen Stoffe im Boden auch mobilisieren können: Eine Erniedrigung des pH erhöht die Löslichkeit von Metallkationen, eine Erhöhung des pH mobilisiert Oxyanionen wie Arsenat, Antimonat und Molybdat. Von den Wurzeln ausgeschiedene niedermolekulare organische Liganden bilden lösliche Komplexe mit Metallen und verdrängen Oxyanionen von ihren Bindungsplätzen an Sesquioxiden und an der organischen Substanz. Ubergang von aeroben zu anaeroben Bedingungen setzt durch reduktive Auflösung von Fe- und Mn-(Hydr)oxiden Stoffe frei, die an und in ihnen gebunden sind, und unter aeroben Bedingungen kommt es zur oxidativen Auflö- sung von Sulfiden und damit auch zur Freisetzung der in ihnen festgelegten Metalle.

上述阐述表明，植物可以通过多种不同方式对土壤污染产生固定作用。然而，在规划和实施污染植物稳定措施时，必须考虑到植物也可能活化土壤中的物质：pH降低会提高金属阳离子的溶解度，pH升高则会活化砷酸根、锑酸根和钼酸根等含氧阴离子。根系分泌的低分子量有机配体可与金属形成可溶性络合物，并将含氧阴离子从其在倍半氧化物和有机质上的结合位点置换出来。由好氧条件向厌氧条件的转变会通过Fe和Mn（氢）氧化物的还原溶解，释放吸附于其表面及其内部的物质；而在好氧条件下，硫化物会发生氧化溶解，从而也释放出固定于其中的金属。

In der Regel herrschen in der Umgebung einer Wurzel eher aerobe als anaerobe Bedingungen vor, da die Wurzeln für ihre Atmung auf Sauerstoff angewiesen sind und viele Pflanzen ihre Wurzeln in schlecht durchlüfteten Böden auch über ein eigenes luftleitendes Gewebe (Aerenchym), das dank großer wasserabstoßender Interzellularräume dazu speziell geeignet ist, mit Sauerstoff aus der Atmosphäre versorgen können. Aber zum einen können diese Bedingungen starken Schwankungen unterliegen, zum anderen können sie auch räumlich den Wurzeln

一般而言，根系周围以好氧条件而非厌氧条件为主，因为根系呼吸依赖氧气，而且许多植物在通气不良的土壤中还能通过自身的通气组织（通气组织具有大型疏水性细胞间隙，特别适合于此）从大气向根系供氧。但一方面，这些条件可能存在强烈波动；另一方面，它们在空间上沿根系

entlang stark variieren, wobei sie im Resultat sowohl von Pflanzen- wie von Bodenfaktoren abhängen. Obwohl die Redoxverhältnisse eines Bodens durch besonders große Komplexität und Variabilität charakterisiert sind, kann Ahnliches doch grundsätzlich von anderen Faktoren des chemischen Milieus der Rhizosphäre gesagt werden, insbesondere für den pH.

也可能差异很大，其结果同时取决于植物因素和土壤因素。尽管土壤的氧化还原状况具有特别高的复杂性和变异性，但原则上根际化学环境的其他因素，尤其是pH，也具有类似的特点。

Auch in physikalischer Hinsicht können Pflanzen mobilisierende Wirkungen auf eine Bodenkontamination haben. So ist bekannt, dass Wurzelkanäle als Leitbahnen für präferenzielle Flüsse im Boden dienen können. Mit solchen Flüssen transportierte Stoffe umgehen den Filter der Bodenmatrix. Auf diese Weise können auch solche Stoffe rasch in den Untergrund verlagert werden, die bei normalem Sickerfluss durch Sorption in der Matrix sehr effizient zurückgehalten werden (BUNDT et al. 2000, RoULIER et al. 2008). Die Wirkung von präferenziellen Infiltrationsvorgängen auf die Auswaschung eines Stoffes hängt entscheidend von seiner räumlichen Verteilung im Boden in Bezug auf die präferenziellen Fliessbahnen ab. Während sich die Verlagerung von Stoffen, die von präferenziellen Flüssen erfasst werden, sehr beschleunigt, verzögert sich andererseits die Auswaschung von Stoffen, die sich in der umgangenen Matrix befinden.

在物理方面，植物也可能对土壤污染产生活化作用。已知根孔可作为土壤中优先流的通道。随此类水流迁移的物质会绕过土壤基质的过滤作用。通过这种方式，即使是在正常渗流下因基质吸附而被非常有效地截留的物质，也可能迅速迁移至下层（BUNDT et al. 2000, RoULIER et al. 2008）。优先入渗过程对某一物质淋溶的影响，关键取决于该物质在土壤中相对于优先流路径的空间分布。被优先流捕获的物质迁移大为加速，而另一方面，位于被绕过的基质中的物质淋溶则会延迟。

Die Vielfalt der Faktoren, welche die Mobilität von Stoffen im Boden beeinflussen, der zeitlichen und räumlichen Variabilität der Bedingungen sowie die vielfach völlig unterschiedlichen, teilweise entgegen gesetzten Wirkungen verschiedener Faktoren machen es zu einer in der Regel sehr anspruchsvollen Aufgabe, den Einfluss einer Vegetation auf die Mobilität von Schadstoffe im Boden unter Feldbedingungen vorauszusagen. Während es inzwischen zahlreiche Beispiele erfolgreich angelegter Phytostabilisierungen gibt (s. Abb. 7 für ein Beispiel), besteht aus Gründen des beschränkten Erfahrungszeitraums ein Mangel an wissenschaftlich gesicherter Information zum langfristigen Verhalten phytostabilisierter Kontaminationen unter dem Einfluss der sich entwickelnden Vegetationen gesammelt werden.

影响土壤中物质迁移性的因素多种多样，条件存在时空变异，而且不同因素的作用往往截然不同、有时甚至相反，因此在田间条件下预测植被对土壤中污染物迁移性的影响通常是一项极具挑战性的任务。尽管目前已有许多成功实施植物稳定的实例（示例见图7），但由于经验积累的时间有限，关于植物稳定后的污染在不断演替的植被影响下的长期行为，仍缺乏经过科学验证的信息。

IV-3.3.2.4.2 Unterstützung von Phytostabilisierung durch Zugabe von BindemittelnIV-3.3.2.4.2 添加结合剂辅助植物稳定

Um eine nachhaltige chemische Stabilisierung von Kontamination zu erreichen, werden Phytostabilisierungen oft durch Zugabe von Hilfsstoffe zur chemischen Stabilisierung der Schadstoffe im Boden unterstützt. Diese Zuschlagstoffe sollten für die Pflanzen gut verträglich, billig, in genügend großen Mengen verfügbar, einfach anzuwenden und im Umgang sicher sein, sowie keine negativen Auswirkungen auf den Boden und die übrige Umwelt haben. Dazu bieten sich eine Vielzahl von Abfall- oder Nebenprodukten an, die auf andere Weise kaum sinnvoll genutzt werden können und daher in großen Mengen kostengünstig zur Verfü- gung stehen.

为实现对污染的持久化学稳定，植物稳定常辅以添加助剂，以化学方式稳定土壤中的污染物。这些添加剂应对植物具有良好的相容性，价格低廉，可大量获取，使用简便，操作安全，并且不对土壤及其他环境产生负面影响。为此可选用多种废弃物或副产品，这些物质难以通过其他方式合理利用，因而可大量、低成本地获得。

Es existiert eine umfangreiche Literatur über Studien, in der potenzielle Bindemittel auf ihre Fähigkeit untersucht worden sind, Schadstotte zu inaktivieren, insbesondere Metalle. Einen umfassenden Uberblick über die Möglichkeiten und Grenzen, Metalle im Boden durch Bindemittel zu immobilisieren, haben MENCH et al. (2006) gegeben. Zu den wirksamsten Bindemitteln für metallische Schadstoffe im Boden gehören Phosphate, organische Abfall- und Reststoffe, Kompost und Torf, Tonmineralien, Fe- und Mn-Hydroxide und -Oxide, sowie Mischungen dieser Stoffe (Tabelle 1).

已有大量文献研究了潜在结合剂钝化污染物（尤其是金属）的能力。MENCH et al. (2006) 对利用结合剂固定土壤中金属的可能性与局限性进行了全面综述。对土壤中金属污染物最有效的结合剂包括磷酸盐、有机废弃物和残余物、堆肥和泥炭、黏土矿物、Fe和Mn的氢氧化物和氧化物，以及这些物质的混合物（表1）。

Tab. 1: Zur Stabilisierung von toxischen Spurenelementen im Boden verwendete Bindemittel (nach BERTI & CUNNINGHAM 2000)

表1：用于稳定土壤中有毒微量元素的结合剂（依据BERTI & CUNNINGHAM 2000）

Phosphate fällen Metalle in Form sehr schwer löslicher Metallphosphatmineralien aus, wenn sie in der Bodenlösung in genügend hoher Konzentration vorliegen. Insbesondere Pb-Pyromorphite sind auch unter sauren Bedingungen extrem stabil. Die Mengen an Phosphat, die dem Boden zugegeben werden müssen, um die gewünschte Wirkung zu erzielen, sind allerdings um ein Vielfaches größer als bei üblichen landwirtschaftlichen Düngegaben.

当土壤溶液中磷酸盐浓度足够高时，磷酸盐可使金属以极难溶的金属磷酸盐矿物形式沉淀。尤其是Pb的磷氯铅矿类矿物即使在酸性条件下也极为稳定。然而，为达到预期效果需要向土壤添加的磷酸盐量，是常规农业施肥量的许多倍。

Gute Ergebnisse wurden des Weiteren mit der Zugabe von Stoffen erzielt, die Eisenoxide und -hydroxide enthalten. Ihre Wirkung beruht auf der großen Kapazität ihrer Oberflächen, stabile Komplexbindungen mit Metallen und Metalloiden, sowie auch mit vielen organischen und anorganischen Liganden einzugehen. Ahnliche Komplexe können auch mit organischen Stoffen gebildet werden. Zudem haben letztere in der Regel auch eine große Kapazität, Ionen unspezifisch durch tonenaustausch an elektrisch geladenen Sorptionsplätzen zu

此外，添加含有铁氧化物和氢氧化物的物质也取得了良好效果。其作用基于其表面具有很大的容量，可与金属和类金属以及许多有机和无机配体形成稳定的络合键。有机物质也可形成类似的络合物。此外，后者通常还具有很大的容量，可通过离子交换在带电荷的吸附位点上非专性地

Unspezifische Ionenbindung hat für eine Stabilisierung allerdings den Nachteil, dass die so gebundenen Ionen leicht austauschbar und daher nicht sehr stabil gebunden sind. Dies ist der wesentliche Grund dafür, warum Tonmineralien nur dann wirksame Bindemittel sind, wenn ihnen durch geeignete Modifikation (z. B. durch Behandlung mit Aluminiumoxiden) eine stark erhöhte Fähigkeit zur Bildung spezifischer Komplexe mit Metallen verliehen wird. Ähnliches gilt auch für andere Alumosilikate wie Zeoliten, die Ionen unspezifisch durch strukturelle (d. h. auf isomorphem Ersatz von höherwertigen Kationen durch niederwertige Kationen im Kristallgitter beruhende) elektrische Ladung binden.

然而，对于稳定化而言，非专性离子结合的缺点在于，以此方式结合的离子易于被交换，因而结合并不十分稳定。这正是黏土矿物只有经过适当改性（例如用铝氧化物处理），显著增强其与金属形成专性络合物的能力后，才能成为有效结合剂的主要原因。其他铝硅酸盐如沸石也存在类似情况，它们通过结构性电荷（即基于晶格中高价阳离子被低价阳离子类质同象置换所产生的电荷）非专性地结合离子。

Organische Mittel haben den Vorteil, auch in großem Maß unpolare Substanzen aufnehmen zu können. In Kohleprodukten ist diese Fähigkeit besonders stark ausgeprägt, während sie kaum ionische Bindungen eingehen können. Aktivkohle ist wegen seiner extrem hohen Sorptionsfähigkeit für apolare Substanzen besonders gut geeignet, hydrophobe organische Schadstotte zu immobilisieren wie zum Beispiel PAK und chlororganische Verbindungen.

有机类助剂的优点在于还能大量吸附非极性物质。这种能力在炭类产品中尤为突出，但它们几乎不能形成离子键。活性炭由于对非极性物质具有极高的吸附能力，特别适合用于固定疏水性有机污染物，例如多环芳烃（PAK）和有机氯化合物。

Die Anwendung von Hilfsstoffen ist immer auf die spezifischen Bodenbedingungen und die Standortsansprüche der gewählten Pflanzen abzustimmen, um unerwünschte Nebenwirkungen zu vermeiden oder auf ein tolerierbares Maß zu beschränken (MENDEZ & MAIER 2008). Gelöstes Phosphat kann insbesondere Arsenat von Sorptionsplätzen verdrängen und damit mobilisieren. Die Abschwemmung von Phosphaten kann Eutrophierungsprobleme in Gewässern verursachen oder verschärfen. Verunreinigungen in den eingesetzten Hilfsstoffen können zu Umwelt- und Toxizitätsproblemen führen. Die Bindung von Spurenmetallen wie Zn und Cu kann zu Mangel in der Versorgung der Pflanzen mit diesen essenziellen Mikronährelementen führen. Auch in Bezug auf das Angebot von Makronährstoffen kann es zu Ungleichgewichten kommen, wenn z. B. durch Kalkung das Verhältnis von Ca zu Mg und K zu stark erhöht wird. Bevor irgendwelche Stoffe zur Stabilisierung einer Kontamination zugegeben werden, sollte die möglichen Auswirkungen daher einer sorgfältigen Prüfung unterzogen werden.

助剂的施用必须始终与具体的土壤条件和所选植物的生境要求相协调，以避免不良副作用或将其限制在可容忍的程度（MENDEZ & MAIER 2008）。溶解态磷酸盐尤其可能将砷酸根从吸附位点上置换出来，从而使其活化。磷酸盐的冲刷流失可能引起或加剧水体富营养化问题。所用助剂中的杂质可能导致环境和毒性问题。Zn和Cu等微量金属被结合后，可能导致植物对这些必需微量营养元素的供应不足。大量营养元素的供应也可能出现失衡，例如石灰施用使Ca与Mg和K的比例过度升高。因此，在添加任何物质以稳定污染之前，应对其可能产生的影响进行仔细评估。

V-3.3.2.4.3 Pflanzenwahl und KultvierungsmaßnahmenIV-3.3.2.4.3 植物选择与栽培措施

Zur Phytostabilisierung geeignet sind Pflanzen, welche den Boden dicht und tiefgründig durchwurzeln, gut entwässern und mit einem geschlossenen Blätterdach möglichst lückenlos abdecken können. Sie sollten auch rasch wachsen, einfach zu anzubauen sein und eine lange Lebensdauer haben oder sich selbst fortpflanzen und einen dichten Bestand aufrechterhalten können. Zum einen werden daher Bäume und Sträucher, zum anderen Gräser bevorzugt. Viele Böden, für die eine Phytostabilisierung in Frage kommt, sind nicht nur wegen ihrer Belastung mit Schadstoffen für viele Pflanzen schwierig zu besiedeln, sondern auch auf Grund anderer ungünstiger Eigenschaften. Zu diesen Faktoren gehören ein hoher Anteil an Steinen, Grobkorn und Fremdmaterialien, hohe Dichte, sehr hohe oder sehr niedrige pH-Werte, geringes Speichervermögen für Wasser und Nährstoffe oder ein hoher Salzgehalt. Insbesondere Bergbauhalden und ehemalige Industrie- und Gewerbeareale sind in der Regel Standorte, auf denen das Pflanzenwachstum durch einen oder mehrere dieser Faktoren limitiert ist (VAN- GRONSVELD et al. 1995, MENDEZ & MAIER 2008).

适于植物稳定的植物应能使根系在土壤中分布稠密且深入，具有良好的排水（蒸腾）能力，并能以郁闭的冠层尽可能无间隙地覆盖土壤。它们还应生长迅速、易于栽培、寿命长，或能自我繁殖并维持稠密的群落。因此，一方面优先选用乔木和灌木，另一方面优先选用禾草。许多适合采用植物稳定的土壤，不仅因受污染物污染而使许多植物难以定植，而且还由于其他不利性质。这些因素包括石块、粗颗粒和外来物质含量高，容重高，pH值极高或极低，水分和养分保持能力低，或含盐量高。尤其是矿山废石堆以及原工业和商业用地，通常是植物生长受到上述一种或多种因素限制的场地（VAN- GRONSVELD et al. 1995, MENDEZ & MAIER 2008）。

Durch Maßnahmen wie Bodenbearbeitung, Kalkung, Düngung und Bewässerung können die Bedingungen für die Etablierung einer Vegetation auf Standorten gegebenenfalls verbessert werden; jedoch sollte sich eine solche Unterstützung nach Möglichkeit auf eine Starthilfe für die Pflanzen beschränken, um den Pflegeaufwand in Grenzen zu halten. Auch können solche Maßnahmen längertristig kontraproduktiv sein, vor allem wenn sie nicht sorgtältig auf die Ansprü- che der gewählten Pflanzen abgestimmt sind. So werden durch übermäßige Düngung Konkurrenten gefördert, welche die zu fördernden Pflanzen dann mit der Zeit verdrängen. Bewässerung kann das Auswaschungsrisiko steigern. Kalkung kann Oxyanionen wie Arsenat und Antimonat mobilisieren. Grundsätzlich sollten Pflanzen gewählt werden, welche an den Standort bereits möglichst gut angepasst sind und die an ihm wirkenden Stressfaktoren einschließlich der Schadstoffe selbst auch ohne Meliorationsmaßnahmen gut tolerieren können (PILON-SMITS 2005, MENDEZ & MAIER 2008).

必要时可通过土壤耕作、石灰施用、施肥和灌溉等措施改善场地上植被建立的条件；但为了将养护投入控制在一定范围内，此类辅助应尽可能仅限于对植物的初期扶持。而且，这些措施从长期来看可能适得其反，特别是当它们未与所选植物的需求仔细协调时。例如，过量施肥会促进竞争植物生长，随着时间推移，这些竞争者会排挤目标植物。灌溉可能增加淋溶风险。石灰施用可能活化砷酸根和锑酸根等含氧阴离子。原则上，应选择已尽可能适应场地条件、即使不采取改良措施也能很好耐受场地胁迫因素（包括污染物本身）的植物（PILON-SMITS 2005, MENDEZ & MAIER 2008）。

IV-3.3.2.5 PhytoextraktionIV-3.3.2.5 植物提取

Phytoremediation wurde vor allem zu Beginn der Entwicklung von phytotechnischen Vertahren zur Bodensanierung häufig mit Phytoextraktion gleichgesetzt. Für Bodenbelastungen durch Stotte, die sich nicht durch chemische Umwandlung bes damit witlich zu aktie de Dies gil ins atond de für Bet au reien mit Spurenelementen wie Arsen (As), Pb, Cadmium (Cd), Cu, Ni, Quecksilber (Hg) und Zn (McGRATH et al. 2002).

尤其是在土壤修复植物技术发展的初期，植物修复常被等同于植物提取。对于由无法通过化学转化去除的物质所造成的土壤污染，植物提取实际上是唯一可行的植物修复途径。这尤其适用于砷（As）、Pb、镉（Cd）、Cu、Ni、汞（Hg）和Zn等微量元素造成的污染（McGRATH et al. 2002）。

IV-3.3.2.5.1 Phytoextraktion mit Hyperakkumulator- PflanzenIV-3.3.2.5.1 利用超富集植物进行植物提取

Die Hoffnung, dass durch Phytoextraktion eine kosteneffiziente, umweltfreundliche und auch unter landschaftlich-ästhetischen Gesichtspunkten Gefallen findende Sanierung von Bodenbelastungen möglich ist, gründete sich vor allem auf die Existenz von Pflanzen, die ein bestimmtes Element oder seltener auch mehrere Elemente in ihrer oberirdischen Biomasse in einem Ausmals anreichern können, welches das bei Pflanzen üblicherweise vorhandene Akkumulationsvermö- gen auf belasteten Böden um mindestens eine bis zwei Größenordnungen über-

人们寄希望于通过植物提取实现成本低廉、环境友好且在景观美学上也令人满意的土壤污染修复，这一希望主要建立在以下事实之上：存在一些植物，能够在其地上部生物量中富集某一特定元素（较少情况下也可为多种元素），其富集程度比污染土壤上植物通常的富集能力

steigt. Solche Pflanzen werden nach einem Vorschlag von BRooks et al. (1977) als Hyperakkumulatoren bezeichnet. Sie haben sich im Laufe der Evolution auf Böden entwickelt, die von Natur aus, d. h. geo- oder pedogen, stark erhöhte Konzentrationen der betreffenden Elemente aufweisen. In der Regel ist eine Toleranz von Pflanzen gegenüber erhöhten Konzentrationen an Spurenelementen im Boden damit verbunden, dass sie die Aufnahme dieser Elemente über einen weiten Konzentrationsbereich auf einem niedrigen, für die Pflanze verträglichen Niveau halten können. Solche Pflanzen werden nach einer von BAKER (1981) vorgeschlagenen Einteilung als Excluder-Pflanzen bezeichnet und von Indikator- und (Hyper-)Akkumulator-Pflanzen unterschieden (Abb. 8). Indikator-Pflanzen nehmen ein Spurenelement in etwa proportional zu dessen Konzentration im Boden auf, während Akkumulator-Pflanzen Spurenelemente auch schon bei geringen Konzentrationen im Boden stark im Spross anreichern. Hyperakkumulation stellt eine extreme Form von Akkumulation dar.

高出至少一至两个数量级。根据BRooks et al. (1977) 的建议，此类植物被称为超富集植物。它们是在自然状态下（即地质成因或成土成因）相关元素浓度显著偏高的土壤上经长期进化形成的。通常，植物对土壤中微量元素浓度升高的耐受性，与其能够在很宽的浓度范围内将这些元素的吸收维持在对植物可承受的较低水平有关。按照BAKER (1981) 提出的分类，此类植物被称为排斥型植物，以区别于指示型植物和（超）富集型植物（图8）。指示型植物对某一微量元素的吸收大致与其在土壤中的浓度成正比，而富集型植物即使在土壤中微量元素浓度较低时也会在地上部大量富集这些元素。超富集是富集的一种极端形式。

Im Unterschied zu Excludern sind Indikator- und vor allem Akkumulator-Pflanzen auf interne Toleranzmechanismen angewiesen, um sich auf Standorten mit erhöhten pflanzenverfügbaren Spurenelement-Gehalten vor Toxizität zu schützen. Die extreme Anreicherung von Spurenelementen in einer Hyperakkumulator-Pflanze verlangt zwangsläufig auch eine entsprechend hohe Toleranz für diese Elemente (CHANEY et al. 1997). Metalle werden in der Regel durch Bildung sehr stabiler Komplexe mit Chelatbildnern und Einschluss in Vakuolen inaktiviert, analog zur Entgiftung von organischen Fremdstoffen nach dem im Zusammenhang mit der Phytotransformation im Abschnitt 3.1 beschriebenen ·Modell der grünen Leber" (PILON-SMITS 2005). Dies erfordert aber einen beträchtlichen Mehraufwand an Stoffwechselenergie im Vergleich der zur Excluderstrategie, so dass sich die Frage nach dem Selektionsvorteil einer Hyperakkumulation stellt. Eine plausible Erklärung ist, dass die extreme Anreicherung eines Metalls oder Metalloids im Pflanzengewebe einen erhöhten Schutz vor Fraß durch Insekten und andere Feinde bietet (CHANEY et al. 1997). Auf jeden Fall kann davon ausgegangen werden, dass die Hyperakkumulation eines Elements eine evolutive Anpassung an spezielle Standortsbedingungen darstellt, die nur auf solchen Böden von Nutzen sein kann, welche die Pflanze auch genügend mit dem betreffenden Element versorgen können. Es ist daher verstandlich, dass Hyperakkumulation ein seltenes Phänomen im Pflanzenreich ist.

与排斥型植物不同，指示型植物、尤其是富集型植物需要依靠内部耐受机制，才能在植物有效态微量元素含量较高的场地上免受毒害。超富集植物对微量元素的极端富集必然要求其对这些元素具有相应的高耐受性（CHANEY et al. 1997）。金属通常通过与螯合剂形成非常稳定的络合物并被区隔于液泡中而失活，这与第3.1节中结合植物转化所述的“绿色肝脏模型”对有机外源物质的解毒过程类似（PILON-SMITS 2005）。然而，与排斥策略相比，这需要消耗大量额外的代谢能量，因此便产生了超富集的选择优势何在的问题。一种合理的解释是，金属或类金属在植物组织中的极端富集可增强对昆虫及其他天敌取食的防御（CHANEY et al. 1997）。无论如何，可以认为某一元素的超富集是对特殊生境条件的一种进化适应，只有在能为植物充分供应该元素的土壤上才有益处。因此，超富集在植物界中是一种罕见现象也就不难理解了。

Hyperakkumulierbare Elemente可被超富集的元素

Gemäss BAKER et al. (2000) sind etwa 400 Pflanzen zur Hyperakkumulation eines oder - seltener - auch mehrerer Elemente befähigt (Tabelle 2). Artenlisten, wie sie von BROOKS (1998) und REEVES & BAKER (2000) zusammengestellt wurden, sind laufend Veränderungen unterworfen. Während auf der einen Seite immer wieder neue Hyperakkumulatoren entdeckt werden, konnte bei anderen die postulierte Fähigkeit zur Hyperakkumulation in kontrollierten Versuchen nicht bestätigt werden. Der Grund für eine irrtümliche Klassierung als Hyperakkumulator ist meist, dass Pflanzen ohne genügende Reinigung von anhaftenden Bodenpartikeln analysiert wurden. Zum Teil waren die Analysen an Herbarmaterial durchgeführt worden, wo eine solche Reinigung auch kaum noch möglich war (BRooks et al. 1977). Da die Böden, auf denen Hyperakkumulatoren von

据BAKER et al. (2000)，约有400种植物能够超富集一种元素，或较少情况下超富集多种元素（表2）。BROOKS (1998) 以及REEVES & BAKER (2000) 所编制的物种名录在不断变化。一方面不断有新的超富集植物被发现，另一方面，另一些植物被认为具有的超富集能力在受控试验中未能得到证实。被误归类为超富集植物的原因大多是植物样品在分析前未充分清除附着的土壤颗粒。部分分析是在植物标本馆材料上进行的，而这类材料几乎已无法进行此类清洗（BRooks et al. 1977）。由于超富集植物

Natur aus vorkommen, in der Regel hohe Gehalte des entsprechenden Spurenelements aufweisen, können bereits geringe Mengen an solchen Verunreinigungen durch aufgewirbelten Staub oder durch bei Regen aufgespritzte Partikel genügen, um eine hohe Akkumulation vorzutäuschen.

天然分布的土壤通常相应微量元素含量很高，因此即使是扬尘或降雨溅起的颗粒所带来的少量此类污染，也足以造成高富集的假象。

Tab. 2: Anzahl von Pflanzenarten, die nach BAKER et al. (2000) in der Literatur als Hyperakkumulatoren klassifiziert wurden, Anzahl Familien, denen diese Arten angehören, und die minimal zu erreichende Metallkonzentration in Blättern, die als elementspezifisches Kriterium für die Klassifikation als Hyperakkumulator verwendet wurde (leicht verändert nach BAKER et al. 2000).

表2：据BAKER et al. (2000)，文献中被归类为超富集植物的植物物种数、这些物种所属的科数，以及作为超富集植物分类的元素特异性判据的叶片最低金属浓度（据BAKER et al. 2000略作修改）。

Die weitaus meisten Hyperakkumulator-Spezies sind mit über 300 Arten Ni- Hyperakkumulatoren. Dies hängt mit der weiten Verbreitung von Böden zusammen, die sich auf ultramafischem Muttergestein (Serpentin) entwickelt haben und deshalb geogen reich an Ni sind, und auch damit, dass diese Standorte geobotanisch seit langen sehr gut untersucht sind. Bekannt als Ni-Hyperakkumulatoren sind vor allem Arten der Gattung Alyssum (Brassicaceae). Weit weniger Pflanzenarten sind als Zn-Hyperakkumulatoren identifiziert worden. Am besten untersucht als potenzielle Phytoextraktions-Pflanze ist Thlaspi caerulescens, welche wie Alyssum zur Familie der Brassicaceae gehört. Ein wesentlicher Grund hierfür ist, dass einige (aber nicht alle) Ökotypen von Thlaspi caerulescens auch die Fähigkeit zur Hyperakkumulation von Cd haben und dass Cd-Hyperakkumulation ein noch selteneres Phänomen als die Hyperakkumulation von Zn ist. Im Unterschied zu Zn ist Cd kein für Lebewesen allgemein essenzielles Spurenelement, so dass Pflanzen normalerweise auch keine speziellen Aufnahmemechanismen für dieses Element entwickelt haben. In der Regel wird Cd nur in soweit von Zellen aufgenommen, als es auf Grund chemischer Ähnlichkeiten mit essenziellen Elementen wie Zn und Ca ·verwechselt" wird.

超富集植物物种中绝大多数为Ni超富集植物，超过300种。这与发育于超基性母岩（蛇纹岩）上、因地质成因而富含Ni的土壤分布广泛有关，也与这些场地长期以来在地植物学上已得到充分研究有关。已知的Ni超富集植物主要为庭荠属Alyssum（十字花科Brassicaceae）的物种。被鉴定为Zn超富集植物的植物物种要少得多。作为潜在植物提取植物研究最为深入的是Thlaspi caerulescens，它与Alyssum一样属于十字花科。其主要原因之一是，Thlaspi caerulescens的部分（而非全部）生态型还具有超富集Cd的能力，而Cd超富集是比Zn超富集更为罕见的现象。与Zn不同，Cd并非生物普遍必需的微量元素，因此植物通常也未进化出针对该元素的专门吸收机制。一般而言，Cd仅因与Zn和Ca等必需元素化学性质相似而被“混淆”时才会被细胞吸收。

Wie Zn ist auch Cu als Spurenelement essenziell, so dass alle Pflanzen über physiologische Mechanismen zum kontrollierten Umgang mit diesem Element verfü- gen. Auch über Hyperakkumulation von Cu wurde berichtet. REEVES und BAKER (2000) listeten 35 Arten als Cu-Hyperakkumulatoren auf. Bis auf wenige

与Zn一样，Cu作为微量元素也是必需的，因此所有植物都具有对该元素进行调控处理的生理机制。也有关于Cu超富集的报道。REEVES和BAKER (2000) 列出了35种Cu超富集植物。除少数

Ausnahmen sind diese in ihrer Verbreitung auf ein sehr kleines Gebiet der Provinz Shaba (früher: Katanga) im Südosten von Zaire beschränkt, welches bekannt für seine Cu- und Co-Vorkommen und auch die einzige Region mit einer echten Cu-Flora ist (BRooks 1998). Allerdings ist es unklar, wie weit diese Pflanzen wirklich zur Cu-Hyperakkumulation befähigt sind. Untersuchungen unter kontrollierten Bedingungen haben bei einigen dieser Pflanzen gezeigt, dass dies nicht der Fall ist. Vermutlich war die scheinbare Hyperakkumulation dieser Arten in früheren Erhebungen durch atmosphärische Deposition von fest anhaftendem kupferhaltigem Staub auf den im Feld gesammelten Pflanzen vorgetäuscht worden (MCGRATH et al. 2002).

例外外，这些植物的分布局限于扎伊尔东南部沙巴省（旧称加丹加）一个很小的区域，该地区以Cu和Co矿藏著称，也是唯一拥有真正Cu植物区系的地区（BRooks 1998）。然而，这些植物究竟在多大程度上真正具有Cu超富集能力尚不清楚。在受控条件下的研究表明，其中部分植物并不具备这种能力。早期调查中这些物种表面上的超富集，可能是由于田间采集的植物上牢固附着的含铜粉尘经大气沉降所造成的假象（MCGRATH et al. 2002）。

Dasselbe Problem besteht auch in Bezug auf die in der Literatur als Pb-Hyperakkumulatoren angegebenen Pflanzen. Pb ist ähnlich schwer löslich im Boden wie Cu, so dass Pflanzenwurzeln nur unter sehr speziellen Bedingungen erhöhten Konzentrationen an löslichem Pb im Boden ausgesetzt sind, welche eine starke Akkumulation ermöglichen würden. Zudem ist Pb im Unterschied zu Cu und Zn allgemein weder ein essenzielles, noch ein nützliches Element für Pflanzen, so dass sie normalerweise auch keine Fähigkeit zur aktiven Aufnahme, Umlagerung und Anreicherung dieses Elements entwickelt haben. REEVES und BAKER (2000) zählten 14 Arten auf, die gemäß Literatur zur Hyperakkumulation von Blei befähigt sind. Ahnlich wie bei Cu ist diese Fähigkeit aber bisher in keinem Fall unter kontrollierten experimentellen Bedingungen bestätigt worden.

文献中被列为Pb超富集植物的植物也存在同样的问题。Pb在土壤中与Cu一样难溶，因此植物根系只有在非常特殊的条件下才会接触到足以导致大量富集的高浓度可溶性Pb。此外，与Cu和Zn不同，Pb对植物而言通常既非必需元素，也非有益元素，因此植物通常也未进化出主动吸收、转运和富集该元素的能力。REEVES和BAKER (2000) 列举了14种据文献记载能够超富集铅的物种。然而，与Cu的情况类似，这种能力迄今尚未在任何受控试验条件下得到证实。

Nicht mit echter Hyperakkumulation verwechselt werden darf die extreme Akkumulation von Pb, die in Pflanzen wie Brassica juncea und Mais auf stark mit Pb belasteten Böden nach Zugabe von EDTA erzielt wurde (BLAYLOCK et al. 1997). Dabei brachte der zugegebene Chelatbildner nicht nur große Mengen an Blei in Lösung, sondern zerstörte auch die Membranen der Wurzelzellen (vermutlich durch Herauslösen des für die Membranstabilität essenziellen Zinks) und erlaubte so die ungehinderte Verlagerung der gelösten Pb-EDTA-Komplexe mit dem Strom des Transpirationswassers in die oberirdischen Teile der Pflanzen. Diese starben infolge der Wurzelschädigung innerhalb kurzer Zeit, so dass der Akkumulationseffekt, bei dem es sich also um einen rein passiven Metalltransfer in die Pflanzen handelte, nur wenige Tage andauerte.

不能将真正的超富集与在Pb严重污染土壤上添加EDTA后，Brassica juncea和玉米等植物所表现出的Pb极端富集相混淆（BLAYLOCK et al. 1997）。在这种情况下，所添加的螯合剂不仅使大量铅进入溶液，还破坏了根细胞膜（可能是由于溶出了对膜稳定性必不可少的锌），从而使溶解态Pb-EDTA络合物随蒸腾水流无阻碍地转运至植物地上部。植物因根系受损而在短时间内死亡，因此这种富集效应（实为金属向植物的纯被动转移）仅持续数天。

Eindeutig nachgewiesen ist hingegen die Hyperakkumulation von As durch Farne der Gattung Pteris, welche durch MA et al. (2001) entdeckt wurde. As verhält sich auf der Oxidationsstufe des fünfwertigen As(V) chemisch sehr ähnlich wie P, so dass Arsenat im Stoffwechsel leicht an Stelle von Phosphat treten kann. Als Oxyanion ist Arsenat in der Regel auch wesentlich löslicher in nicht sauren Böden als Metalle, die wie Pb, Cu, Zn und Cd als Kationen in Lösung gehen.

与此相反，凤尾蕨属Pteris蕨类对As的超富集已得到明确证实，这一现象由MA et al. (2001) 发现。As在五价As(V)氧化态下的化学行为与P非常相似，因此砷酸根在代谢中很容易替代磷酸根。作为含氧阴离子，砷酸根在非酸性土壤中的溶解度通常也远高于Pb、Cu、Zn和Cd等以阳离子形式溶解的金属。

Ebenfalls gut dokumentiert ist Hyperakkumulation von Selen (Se). Wie As wird auch Se wird als Oxyanion von Pflanzen aufgenommen. Zudem besteht zwischen Se und S eine analoge chemische Ahnlichkeit wie zwischen As und P, so dass Se im Stoffwechsel S leicht substituieren kann. Bereits seit den 1930er Jahren ist bekannt, dass viele Arten der Leguminosen-Gattung Astragalus extrem hohe Konzentrationen an Se in den Sprossen anreichern können, was sie sehr giftig für weidendes Vieh macht. Seither sind noch einige weitere Se-Hyperakkumulatoren gefunden worden (BROOks 1998).

硒（Se）的超富集同样有充分记载。与As一样，Se也以含氧阴离子形式被植物吸收。此外，Se与S之间存在与As和P之间类似的化学相似性，因此Se在代谢中很容易替代S。早在20世纪30年代人们就已知道，豆科黄芪属Astragalus的许多物种能在地上部富集极高浓度的Se，使其对放牧家畜具有很强的毒性。此后又发现了若干其他Se超富集植物（BROOks 1998）。

Weitere Spurenelemente, für die das Vorkommen von Hyperakkumulator-Pflanzen beschrieben wurde, sind Co, Mn und Ih. Im Fall von Co ist aber unsicher, ob es sich bei diesen Pflanzen wirklich um Hyperakkumulatoren handelt, nachdem es sich wie bei Cu in einigen Fällen bei experimenteller Prüfung nicht bestä- tigte (McGRATH et al. 2002).

已报道存在超富集植物的其他微量元素还有Co、Mn和Tl。然而对于Co而言，这些植物是否真正属于超富集植物尚不确定，因为与Cu的情况一样，部分案例在试验检验中未能得到证实（McGRATH et al. 2002）。

Erfahrungen mit Phytoextraktion durch Hyperakkumulatoren im Feld

超富集植物田间植物提取的经验

Erste Feldversuche zur Phytoextraktion mit Hyperakkumulatoren wurden Anfang der 1990er Jahre In England durchgeführt (McGRATH et al. 2000, 2002). Dabei wurde Thlaspi caerulescens eingesetzt, um durch Klärschlämmeinträge schwach bis mäßig mit Zn (< 450 mg kg 1) und Cd (< 14 mg kg-1) belastete Böden zu reinigen. Die Akkumulation von Zn blieb mit maximal 4.3 mg g-1 zwar deutlich unter der Schwelle von 10 mg g-1, die als Kriterium für Zn-Hyperakkumulation definiert wurde, mit einer Trockenmasse-Produktion von durchschnittlich 4-5 t ha-1 konnten dem Boden aber doch im Mittel annähernd 15 kg Zn hal entzogen werden. Dies ist eine Größenordnung mehr, als mit landwirtschaftlichen Kulturpflanzen erreicht werden kann, die zwar mehr Biomasse erzeugen, dafür aber deutlich weniger Zn akkumulieren. Für eine Bodensanierung ist dies jedoch immer noch viel zu wenig. Bei einer Lagerungsdichte von 1.5 t m- erfordert die Verringerung einer Belastung in den obersten 20 cm eines Bodens um 1 g kg-1 einen Entzug von 3 kg ha-1. Um eine Belastung um 100 g kg-1 herabzusetzen, ist die Sanierungsdauer bei einer jährlichen Entzugsleistung von 15 kg Zn ha-1 somit bereits auf 20 Jahre zu veranschlagen. Die Annahme einer gleich bleibenden jährlichen Extraktionsrate ist dabei optimistisch; denn mit sinkenden Metallkonzentrationen im Boden geht im Allgemeinen auch die Akkumulation zurück. Die Phytoextraktion von Cd durch Thlaspi caerulescens hängt auch stark vom verwendeten Ökotyp ab. Im erwähnten Feldversuch akkumulierten Pflanzen von Ökotyp Ganges bis zu 0.5 mg g1, Pflanzen der Ökotypen Prayon und Whitesike dagegen nur <0.04 mg g-1 (LOMBI et al. 2000).

20世纪90年代初，英国开展了首批利用超富集植物进行植物提取的田间试验（McGRATH et al. 2000, 2002）。试验采用Thlaspi caerulescens修复因施用污泥而受到Zn（< 450 mg kg-1）和Cd（< 14 mg kg-1）轻度至中度污染的土壤。Zn的富集量最高为4.3 mg g-1，虽明显低于作为Zn超富集判据的10 mg g-1阈值，但在平均干物质产量为4–5 t ha-1的情况下，平均仍可从土壤中移除近15 kg Zn ha-1。这比农作物所能达到的移除量高出一个数量级，农作物虽然生物量更大，但Zn富集量明显较低。然而，对于土壤修复而言，这仍然远远不够。在容重为1.5 t m-3时，要使土壤表层20 cm的污染降低1 mg kg-1，需要移除3 kg ha-1。因此，要使污染降低100 mg kg-1，在年移除量为15 kg Zn ha-1的情况下，修复期即需估计为20年。而且，假定年提取速率保持不变是乐观的，因为随着土壤中金属浓度的降低，富集量一般也会下降。Thlaspi caerulescens对Cd的植物提取还在很大程度上取决于所用的生态型。在上述田间试验中，Ganges生态型植株的Cd富集量高达0.5 mg g-1，而Prayon和Whitesike生态型植株则仅为<0.04 mg g-1（LOMBI et al. 2000）。

In einem anderen Feldversuch erreichten RoBINsON et al. (1998) auf einem Feld mit Pflanzen des Ganges-Ökotyp von Thlaspi caerulescens Extraktionsraten von 60 kg Zn ha-1 und 8.4 kg Cd ha-1. Allerdings war hier auch die Bodenbelastung, die von Bergbaurückständen her stammte, mit 40 g Zn kg-l viel höher als im Versuch von McGRATH et al. (2000). Wie bei anderen Pflanzen hat auch bei Hyperakkumulatoren die Bioverfügbarkeit eines Elements entscheidenden Einfluss auf seine Aufnahme. Diese Limitierung erklärt, warum Kayser et al. (2000) auf einem kalkhaltigen Boden trotz höheren totalen Zn-Gehalten als im Versuch von McGRATH et al. (2000) keine Zn-Anreicherung durch Thlaspi caerulescens von mehr als 2 mg g1 erhielten. Zudem blieb im Versuch von KAYSER et al. (2000) auch die produzierte Biomasse mit nur etwa 1 t ha-' deutlich unter den Werten, die im Versuch von McGRATH et al. (2000) erhalten wurden. Dies ist möglicherweise auf die zusätzlich vorhandene hohe Belastung des Bodens von KAYSER et al. (2000) mit Cu zurückzuführen.

在另一项田间试验中，RoBINsON et al. (1998) 在种植Thlaspi caerulescens Ganges生态型的田块上获得了60 kg Zn ha-1和8.4 kg Cd ha-1的提取速率。不过，该处源于采矿废弃物的土壤污染为40 g Zn kg-1，远高于McGRATH et al. (2000) 的试验。与其他植物一样，元素的生物有效性对超富集植物的吸收同样具有决定性影响。这一限制解释了为何Kayser et al. (2000) 在石灰性土壤上，尽管Zn全量高于McGRATH et al. (2000) 的试验，Thlaspi caerulescens的Zn富集量却未超过2 mg g-1。此外，在KAYSER et al. (2000) 的试验中，所产生的生物量仅约1 t ha-1，明显低于McGRATH et al. (2000) 试验中获得的数值。这可能归因于KAYSER et al. (2000) 所用土壤还额外受到高浓度Cu的污染。

Die Ergebnisse dieser Versuche illustrieren grundlegende Probleme, die sich bei der Phytoextraktion von Schwermetallen mit Hyperakkumulatoren stellen. Das wohl größte Problem ist die geringe Biomasseproduktion vieler Hyperakkumulator-Pflanzen wie im Fall von Thlaspi caerulescens. Manche Ni-Hyperakkumula-

这些试验结果揭示了利用超富集植物提取重金属时所面临的基本问题。最大的问题可能是许多超富集植物（如Thlaspi caerulescens）生物量产量低。相比之下，一些Ni超富集

toren produzieren demgegenüber zwar eine größere Biomasse, jedoch sind Bodenkontaminationen durch Ni im Vergleich zu anderen Metallen wie Pb und Cd wesentlich seltener ein Sanierungsproblem. Ein besonders kräftig wachsender Hyperakkumulator ist Berkheya coddii, eine südafrikanische Pflanze, die weit über 20 t ha-1 Biomasse produzieren und gleichzeitig mehr als 20 mg Ni g' in ihren Sprossen und Blättern akkumulieren kann (RoBINsON et al. 1997). Dies macht sie nicht nur für die Bodensanierung, sondern auch für Phytomining von Ni zu ökonomischen Zwecken interessant.

植物虽然生物量较大，但与Pb和Cd等其他金属相比，Ni造成的土壤污染成为修复问题的情况要少得多。一种生长特别旺盛的超富集植物是Berkheya coddii，这是一种南非植物，其生物量可远超20 t ha-1，同时在茎和叶中富集超过20 mg Ni g-1（RoBINsON et al. 1997）。这使其不仅对土壤修复具有吸引力，而且对以经济为目的的Ni植物采矿也具有吸引力。

Die zweite wesentliche Einschränkung ist, dass Hyperakkumulation auf ein Element oder eine Kombination chemisch sehr ähnlicher Elemente wie En und Cd beschränkt ist, Bodenkontaminationen aber meist gemischter Natur sind und dabei oft Elemente wie Pb und Cu beteiligt sind, für deren Extraktion aus belasteten Böden es bisher keine erprobten Hyperakkumulator-Pflanzen gibt. Die Präsenz von anderen Schadstoffen als die, auf deren Akkumulation die verwendeten Pflanzen spezialisiert sind, kann das Wachstum dieser Pflanzen durch infolge Toxizität stark beeinträchtigen. Ein weiteres grundsätzliches Problem ist der Rückgang der Akkumulationsleistung mit abnehmender Konzentration des zu extrahierenden Elements im Boden, weit bevor in der Regel tolerierbare Konzentrationen im zu sanierenden Boden erreicht sind.

第二个重要限制是，超富集仅限于一种元素或Zn和Cd等化学性质非常相似的元素组合，而土壤污染大多为复合性质，且常涉及Pb和Cu等元素，迄今尚无经过验证可用于从污染土壤中提取这些元素的超富集植物。除所用植物专门富集的污染物之外，其他污染物的存在可能因毒性而严重影响这些植物的生长。另一个根本性问题是，随着土壤中待提取元素浓度的降低，富集能力也随之下降，而这通常远在待修复土壤达到可容忍浓度之前就已发生。

IV-3.3.2.5.2 Phytoextraktion in Kombination mit Mobilisierung der Schadstoffe im BodenIV-3.3.2.5.2 植物提取与土壤污染物活化相结合

Die vielfältige Begrenzung der Möglichkeiten, kontaminierte Böden durch den Einsatz von Hyperakkumulatoren zu reinigen, hat zur Suche nach alternativen Phytoextraktions-Verfahren geführt. Da das Wachstum einer Pflanze durch genetische Faktoren begrenzt ist, die sich nicht einfach aufheben lassen, wurde dabei insbesondere der Ansatz verfolgt, gut kultivierbare Pflanzen mit hoher Biomasseproduktion zu verwenden und die Akkumulation kontaminierender Schadstoffe durch Zugabe von Chemikalien zum Boden zu steigern, welche die Löslichkeit dieser Schadstoffe steigern.

利用超富集植物修复污染土壤的可能性受到多方面限制，这促使人们寻找替代的植物提取方法。由于植物的生长受到难以简单消除的遗传因素限制，人们尤其采用了以下思路：选用易于栽培、生物量高的植物，并通过向土壤中添加可提高污染物溶解度的化学品来增加其对污染物的富集。

Ansäuerung von Boden

土壤酸化

Die Löslichkeit von Schwermetallen kann vor allem durch Veränderung des pH- Wertes und durch die Bildung löslicher Komplexe mit organischen Liganden stark beeinflusst werden, wie dies bereits im Zusammenhang mit der Phytostabilisierung ausgeführt wurde. Die Konzentrationen von Kationen wie Cdz+, Cut, Zn+, und Pbz+ werden dabei durch abnehmenden pH in der Lösung erhöht, die von Anionen wie Chromat und Arsenat durch zunehmenden pH. Eine Absenkung des Boden-pH kann z. B. durch Zugabe von elementarem S erreicht werden, der im Boden mikrobiell zu Schwefelsäure oxidiert wird. Umgekehrt kann der pH eines sauren Bodens durch Kalkung erhöht werden. Letzteres ist eine gängige landwirtschaftliche Praxis.

如前文结合植物稳定所述，重金属的溶解度主要可通过改变pH值以及与有机配体形成可溶性络合物而受到强烈影响。溶液中Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Pb²⁺等阳离子的浓度随pH降低而升高，而铬酸根和砷酸根等阴离子的浓度则随pH升高而升高。降低土壤pH可通过例如添加单质S来实现，单质S在土壤中经微生物氧化为硫酸。反之，酸性土壤的pH可通过施用石灰来提高，后者是一种常见的农业措施。

Bereits durch geringe Absenkung des pH können relativ leicht lösliche Schwermetalle wie Cd, Ni und Zn unterhalb pH 6.5 - 7 stark vermehrt in Lösung gebracht werden. Für schwer lösliche Metalle wie Cu und Pb ist jedoch eine

即使pH仅轻微降低，Cd、Ni和Zn等相对易溶的重金属在pH 6.5–7以下也会大量进入溶液。然而，对于Cu和Pb等难溶金属，则需要

Absenkung in den stark sauren Bereich erforderlich. Damit wird aber das gesamte bodenchemische und -biologische Milieu so stark verändert, dass auch das Wachstum der Pflanzen stark erschwert wird. Abgesehen von direkten Säurewirkungen auf die Pflanzenwurzeln werden auch andere Metalle wie Aluminium (Al) und Mn gelöst und können toxische Konzentrationen erreichen, während sich auf der anderen Seite die Verfügbarkeit von Nährstoffen wie P und Mo stark verringert.

将pH降至强酸性范围。但这会使整个土壤化学和生物环境发生剧烈变化，以致植物生长也受到严重阻碍。除酸对植物根系的直接作用外，铝（Al）和Mn等其他金属也会溶出并可能达到毒性浓度，而另一方面P和Mo等养分的有效性则大为降低。

Mobilisierung von Metallen durch Komplexbildner

络合剂对金属的活化

Die Mobilisierung von Metallen durch Komplexbildner hat gegenüber Maßnahmen wie einer Bodenansäuerung den Vorteil, dass sie viel spezifischer eingesetzt werden können und damit unerwünschte Nebenwirkungen leichter vermieden werden können. Zudem lassen sich mit dieser Methode bevorzugt schwer lösliche Metalle wie Cu und Pb in Lösung bringen, deren geringe Verfügbarkeit in der Regel das größte Problem bei der Reinigung von schwermetallbelastetem Boden ist. Versuche wurden vor allem mit synthetischen Aminocarboxylaten wie EDTA, DTPA, HEDTA, NTA und EDDS durchgeführt. Diese bilden außerordentlich stabile Chelate mit Metallen und sind in genügend großen Mengen kommerziell zu einem genügend günstigen Preis erhältlich.

与土壤酸化等措施相比，利用络合剂活化金属的优点在于其使用更具针对性，从而更易于避免不良副作用。此外，该方法优先使Cu和Pb等难溶金属进入溶液，而这些金属有效性低通常正是重金属污染土壤修复中的最大难题。试验主要采用EDTA、DTPA、HEDTA、NTA和EDDS等合成氨基羧酸盐。它们可与金属形成极其稳定的螯合物，并且可以足够低廉的价格大量购得。

Während die Bildung von solchen Chelaten die Gesamtkonzentration eines Metalls in der Bodenlösung durch Mobilisierung von Matrix-gebundenen Fraktionen auf der einen Seite erhöht, verringert die Komplexierung auf der anderen Seite den Anteil der freien Metallionen und damit deren Verfügbarkeit für eine Passage durch die Barriere der Endodermis, welche die Wurzelrinde vom Wurzelzylinder mit den Leitbündeln trennt. Welcher Ettekt überwiegt, hängt insbesondere von der Kapazität und Stärke der Bindung zwischen Metall und Matrix, der Stabilität der Chelate und den Mengenverhältnissen zwischen den verschiedenen Reaktionspartnern in diesem System ab. In Topfversuchen erreichten TANDY et al. (2006a) durch Zugabe von 10 mmol EDDS kg-1 Boden eine Steigerung der Cu-Akkumulation in den Sprossen von Sonnenblumen um das 3- bis 10-tache, während die Konzentration an gelöstem Cu im Boden um etwa drei Lehnerpotenzen zunahm. Die Konzentration von En stieg in der Bodenlösung im Vergleich dazu nur um ein bis zwei Zehnerpotenzen an; die Zn-Aufnahme in die oberirdische Biomasse der Sonnenblumen blieb aber auf kontaminiertem Boden praktisch unbeeinflusst. Im bereits erwähnten Feldversuch erhielten KAY- SER et al. (2000) ähnliche Ergebnisse mit NTA. Wiederholte Applikationen von 2 mmol NTA kg-1 Boden steigerten die Cu-Anreicherung durch die Testpflanzen, zu denen auch Sonnenblumen gehörten, um durchschnittlich etwa einen Faktor 2 und hatten keinen signifikanten Effekt auf die Aufnahme von Zn und Cd.

此类螯合物的形成一方面通过活化基质结合态组分提高了土壤溶液中金属的总浓度，另一方面络合作用又降低了游离金属离子的比例，从而降低了其穿过内皮层屏障的有效性，内皮层将根皮层与含维管束的中柱分隔开来。哪种效应占主导，尤其取决于金属与基质之间结合的容量和强度、螯合物的稳定性以及该体系中各反应物之间的数量比例。在盆栽试验中，TANDY et al. (2006a) 通过添加10 mmol EDDS kg-1土壤，使向日葵地上部的Cu富集量提高了3至10倍，而土壤中溶解态Cu浓度增加了约三个数量级。相比之下，土壤溶液中Zn的浓度仅增加了一至两个数量级；但在污染土壤上，向日葵地上部生物量对Zn的吸收实际上未受影响。在前述田间试验中，KAY- SER et al. (2000) 使用NTA获得了类似结果。重复施用2 mmol NTA kg-1土壤，使包括向日葵在内的试验植物的Cu富集量平均提高约2倍，而对Zn和Cd的吸收无显著影响。

Mit Hyperakkumulator-Pflanzen waren Versuche zur Steigerung der Phytoextraktion von kontaminierenden Metallen noch weniger erfolgreich als mit normalen Kulturpflanzen. Die Akkumulation von Zn und Cd durch Thlaspi caerulescens wurde in Feldversuchen von McGRATH et al. (2006) durch Citrat nicht gesteigert, aber durch EDTA deutlich und durch NTA tendenziell reduziert. Im Feldversuch von KAYSER et al. (2000) gingen die beiden verwendeten Hyperakkumulator-Pflanzen Thlaspi caerulescens und Alyssum murale bei Applikation von NTA sogar ein, vermutlich als Folge von Zn-Mangel. Die besondere Emp-

对于超富集植物，提高污染金属植物提取效率的尝试甚至比对普通作物更不成功。在McGRATH et al. (2006) 的田间试验中，柠檬酸盐未能提高Thlaspi caerulescens对Zn和Cd的富集，而EDTA则使其明显降低，NTA也有使其降低的趋势。在KAYSER et al. (2000) 的田间试验中，所用的两种超富集植物Thlaspi caerulescens和Alyssum murale在施用NTA后甚至死亡，可能是缺Zn所致。这些超富集植物对土壤中螯合剂的特殊

IN-3.3.2

findlichkeit dieser Hyperakkumulatoren gegenüber Chelatoren im Boden dürfte mit ihrem im Vergleich zu nicht hyperakkumulierenden Pflanzen stark erhöhten Zinkbedarf zusammenhängen. Da sie auf dem karbonathaltigen Versuchsboden von KAYSER et al. (2000) ohnehin schon mit diesem Element unterversorgt waren, konnten sie diesen Bedarf nach Applikation wohl erst recht nicht mehr decken. Dieser Effekt passt zur Tatsache, dass die Wurzeln von Thlaspi caerulescens keine Exsudate ausscheiden, welche Metalle wie Zn in signifikantem Mass komplexieren (McGRATH et al. 2002). Auch beim Ni-Hyperakkumulator Thlaspi goesingense wurde keine Exsudation von Komplexbildnern mit hoher Affinität für Ni gefunden. Im Unterschied zu diesen Hyperakkumulatoren wurde bei der nahe verwandten Art Thlaspi arvense, die kein Hyperakkumulator ist, eine verstärkte Ausscheidung der Komplexbildner Citrat und Histidin Ni beobachtet, wenn die Wurzeln einer erhöhten Konzentration an Ni ausgesetzt wurden. Die Exsudation von Chelatoren scheint bei Tblaspi arvense also eine Strategie zu sein, eine zu hohe Metallaufnahme zu verhindern, um daraus resultierende toxische Effekte zu vermeiden. Unter höheren Pflanzen ist nur von Gräsern bekannt, dass sie spezifische organische Liganden ausscheiden, um Spurenelemente für die Autnahme zu mobilisieren. Es handelt sich dabei um so genannte Phytosiderophoren, die eine extrem hohe Affinität zu Fe(III) aufweisen, aber auch andere Metalle komplexieren und bei Eisen- und möglicherweise auch bei Zn-Mangel ausgeschieden werden.

敏感性，可能与其锌需求量远高于非超富集植物有关。由于它们在KAYSER et al. (2000) 含碳酸盐的试验土壤上本已处于该元素供应不足的状态，施用螯合剂后就更无法满足这一需求了。这一效应与以下事实相符：Thlaspi caerulescens的根系不分泌能显著络合Zn等金属的分泌物（McGRATH et al. 2002）。在Ni超富集植物Thlaspi goesingense中，也未发现分泌对Ni具有高亲和力的络合剂。与这些超富集植物不同，在近缘的非超富集物种Thlaspi arvense中观察到，当根系暴露于较高浓度的Ni时，络合剂柠檬酸盐和组氨酸的分泌增强。因此，对Thlaspi arvense而言，分泌螯合剂似乎是一种防止金属吸收过量、从而避免由此产生毒性效应的策略。在高等植物中，已知只有禾本科植物会分泌特定的有机配体来活化微量元素以供吸收。这些配体即所谓的植物铁载体，它们对Fe(III)具有极高的亲和力，但也能络合其他金属，并在缺铁时（可能也在缺Zn时）被分泌。

Chelatisierung kann die Phytoextraktion eines Metalls trotz Verringerung des Anteils freier Metallionen nicht nur durch Mobilisierung gebundener Fraktionen, sondern auch dadurch beschleunigen, dass die Transportrate über den apoplastischen Weg, d. h. über den mit der Bodenlösung direkt verbundenen interzellulä- ren Porenraum, erhöht wird. Grundsätzlich ist der apoplastische Weg für den Wasser- und Ionentransport an der Grenze zwischen Wurzel-Rinde und zentralem Wurzelzylinder durch die Casparischen Streifen unterbrochen (Abb. 9), welche in Form eines Netzwerkes von Zellwand-Imprägnierungen den Interzellularraum zwischen den Endodermis-Zellen verschließen. Jedoch ist diese Barriere nicht absolut dicht. Die Endodermis ist erst hinter der Streckungszone der wachsenden Wurzeln vollständig ausdifferenziert, und zudem gibt es Risse an den Stellen, wo sie von abzweigenden Seitenwurzeln durchstoßen wird. Diese Lücken ermöglichen die Aufnahme von Chelaten in die Leitbündel unter Umgehung einer Endodermis-Passage auf dem symplastischen Weg und damit eines Transfers durch Zellmembranen, um in den Symplasten der Wurzelzellen zu gelangen.

尽管螯合作用降低了游离金属离子的比例，但它不仅可通过活化结合态组分，还可通过提高经质外体途径（即经由与土壤溶液直接相连的细胞间孔隙空间）的转运速率来加速金属的植物提取。原则上，在根皮层与中柱交界处，水分和离子经质外体途径的运输被凯氏带所阻断（图9），凯氏带以细胞壁浸渍网络的形式封闭了内皮层细胞之间的细胞间隙。然而，这一屏障并非完全密闭。内皮层直到生长根的伸长区之后才完全分化，此外在侧根穿出内皮层处还存在裂隙。这些间隙使螯合物能够进入维管束，而无需经由共质体途径穿过内皮层，也就无需跨越细胞膜进入根细胞的共质体。

Der Vergleich von Topt- mit Nährlösungsversuchen lässt daraut schließen, dass allein die erhöhte Mobilisierung von im Boden gebundenen Metallen wie Zn und Cu, welche durch eine Chelatisierung bewirkt wird, in der Regel ohne diese Möglichkeit zur Umgehung der Endodermis-Barriere nicht ausreicht, um die Aufnahme dieser Metalle in die Leitgewebe von Pflanzen zu erhöhen (TANDY et al. 2006a,b). Eine wichtige Rolle spielt dabei auch, dass Chelate von Metall-Kationen mit den gewöhnlich verwendeten Aminocarboxylaten und ähnlichen Liganden im typischen pH-Bereich der Rhizosphäre als Anionen oder zumindest neutrale Komplexe vorliegen. Während Kationen durch die überwiegend negativ geladenen Ionen funktionellen Gruppen in den Zellwänden in starkem Ausmaß gebunden werden, werden Anionen dagegen kaum zurückgehalten.

盆栽试验与营养液试验的比较表明，若没有这种绕过内皮层屏障的可能性，仅靠螯合作用引起的土壤结合态金属（如Zn和Cu）的活化增强，通常不足以提高这些金属向植物输导组织的吸收（TANDY et al. 2006a,b）。其中一个重要因素是，金属阳离子与常用氨基羧酸盐及类似配体形成的螯合物，在根际典型pH范围内以阴离子或至少是中性络合物形式存在。阳离子会被细胞壁中以负电荷为主的离子型官能团大量结合，而阴离子则几乎不被截留。

Abb. 9: Ausschnitt aus dem Querschnitt einer Feinwurzel. Die Endodermis mit den Casparischen Streifen in ihren radialen Zellwänden unterbricht die Kontinuität des Interzellularraums (Apoplast) zwischen Cortex (Wurzelrinde, aussen) und Stele (Wurzelzylinder, innen) mit den Leitgefässen (Phloem und Xylem), aber nicht das Syncytium des Cytoplasmas der Wurzelzellen (Symplast).

图9：细根横切面局部。内皮层及其径向细胞壁中的凯氏带阻断了皮层（根皮层，外侧）与含输导组织（韧皮部和木质部）的中柱（中央维管柱，内侧）之间细胞间隙（质外体）的连续性，但并不阻断根细胞细胞质的合胞体（共质体）。

Im Unterschied zu KAYSER et al. (2000) und TANDY et al. (2006·) gibt es auch eine Reihe von Versuchen, in denen mit Hilfe von Chelaten sehr starke Steigerungen der Metallaufnahme durch Pflanzen erreicht wurden (BLAYLOcK 2000). So fanden BLAYLOCK et al. (1997) in einem Topfversuch, dass Brassica juncea bei Zugabe von EDTA in Konzentrationen von über 1 mmol kg-1 zu einem mit 600 mg Pb kg1 belasteten Boden bis zu 15 mg Pb g1 Trockenmasse akkumulierte. HUANG et al. (1997) steigerten in einem analogen Topfversuch die Pb-Akkumulation von Mais auf 3.5 mg g1 und von Erbsenpflanzen (Pisum sativum) auf 11 mg gl. Eine substanzielle Wirkung auf die Pb-Akkumulation dieser Pflanzen wurde erst ab Konzentrationen von über 1 mmol EDTA kg-! Boden beobachtet. Dies lässt vermuten, dass EDTA bei Konzentrationen oberhalb dieser Schwelle die Zellmembranen der Endodermis zerstörte (vermutlich durch Sequestrierung der die Membranen stabilisierenden Zn-Ionen) und die Wurzeln auf diese Art für apoplastischen Transport durchlässig machte. Nur in dieser extremen Form hat eine durch Chelatisierung unterstützte Phytoextraktion (chelate-assisted phytoextraction") Chancen, schwer lösliche und durch Pflanzen sonst nur in relativ geringen

与KAYSER et al. (2000) 和TANDY et al. (2006·) 不同，也有一系列试验借助螯合剂使植物对金属的吸收大幅提高（BLAYLOcK 2000）。例如，BLAYLOCK et al. (1997) 在盆栽试验中发现，向受600 mg Pb kg-1污染的土壤中添加浓度超过1 mmol kg-1的EDTA时，Brassica juncea可富集高达15 mg Pb g-1干物质。HUANG et al. (1997) 在类似的盆栽试验中，将玉米的Pb富集量提高至3.5 mg g-1，豌豆（Pisum sativum）提高至11 mg g-1。只有当EDTA浓度超过1 mmol kg-1土壤时，才观察到对这些植物Pb富集的实质性影响。这表明，EDTA在高于该阈值的浓度下破坏了内皮层细胞膜（可能是通过螯合稳定细胞膜的Zn离子），从而使根系对质外体运输具有通透性。只有采用这种极端形式，螯合剂辅助植物提取（“chelate-assisted phytoextraction”）才有可能从污染土壤中大量提取难溶的、否则植物仅能少量

Mengen aufgenommene Problemelemente wie insbesondere Pb in signifikanten Mengen aus belasteten Böden zu extrahieren. Da die Pflanzen bei einer solchen Behandlung nicht sehr lange überleben, dürfen die Chemikalien erst angewendet werden, wenn die Wurzelsysteme ausreichend entwickelt sind und die Pflanzen genügend stark transpirieren, um eine maximale Effizienz zu erreichen. Die permeabilisierten Wurzeln dienen nach ihrer physiologischen Zerstörung nur noch so lange als passives Leitungssystem für die Aufnahme der mit mobilisierten Metall-Chelaten möglichst stark angereicherten Bodenlösung, bis die Blätter

吸收的问题元素，尤其是Pb。由于植物在此类处理下存活时间不长，只有在根系充分发育且植物蒸腾足够旺盛时才能施用这些化学品，以达到最高效率。被透化的根系在生理上遭到破坏后，仅作为被动输导系统，用于吸收尽可能富含被活化金属螯合物的土壤溶液，直至叶片

Mit einer Akkumulation von 10 mg Pb g-1 im Spross und einer Spross-Biomasse von 25 t ha-1 kann eine Pb-Kontamination im Hauptwurzelraum pro Ernte um 50 - 100 mg kg-1 verringert werden, abhängig vom Bodenvolumen, auf das sich die Extraktionsleistung verteilt. Einerseits ist die Konzentration von Pb bei Bodensanierungen aber in der Regel in einem wesentlich stärkeren Masse zu vermindern; andererseits sind die Extraktionsleistungen im Feld meist deutlich geringer als in Topfversuchen und mit größeren Unsicherheiten behaftet. Deshalb ist auch unter günstigen Umständen bei einer Chelat-gestützten Phytoextraktion im Allgemeinen immer noch mit einem Zeithorizont zu rechnen, der einen für praktische Anwendungen noch realistischen Zeitrahmen von wenigen Jahren deutlich überschreitet.

若地上部Pb富集量为10 mg Pb g-1、地上部生物量为25 t ha-1，则每次收获可使主要根区的Pb污染降低50–100 mg kg-1，具体取决于提取量所分摊的土壤体积。然而，一方面，土壤修复中通常需要将Pb浓度降低得多得多；另一方面，田间的提取效率通常明显低于盆栽试验，且不确定性更大。因此，即使在有利条件下，螯合剂辅助植物提取一般仍需要一个明显超出实际应用中尚属现实的数年时间框架的周期。

Risiken einer künstlichen Mobilisierung von Schadstoffen im Boden

人为活化土壤污染物的风险

Ein grundsätzliches Problem bei einer Erhöhung der Löslichkeit von Schadstoffen im Boden ist, dass dadurch auch das Risiko einer weiteren Verlagerung in die Tiefe und damit ihrer Auswaschung in Grundwasser oder Oberflächengewässer erhöht wird. Dieses Risiko ist bei einer Chelatisierung umso größer, je stabiler der Chelat-Komplex ist und je langsamer der biologische Abbau des chelatisierenden organischen Liganden erfolgt. In dieser Hinsicht ist die Anwendung von Chelatoren wie EDTA, die eine sehr geringe biologische Abbaubarkeit haben, besonders problematisch (THAYALAKUMARAN et al. 2003). Aber auch der biologische Abbau von an sich gut abbaubaren Chelatoren wie EDDS, welches auch unter natürlichen Verhältnissen von gewissen Bakterien produziert wird, und NTA ist in Gegenwart von Metallen gehemmt, wenn diese toxische Konzentrationen erreichen. Die Mobilisierung von toxischen Metallen in Böden durch Chelatisierung sollte daher höchstens in solchen Systemen in Betracht gezogen werden, in denen das Drainagewasser vollständig gefasst wird und so eine Auswaschung ausgeschlossen werden kann.

提高土壤中污染物溶解度的一个根本问题是，这也增加了污染物进一步向深层迁移、进而淋溶进入地下水或地表水的风险。就螯合作用而言，螯合物越稳定、螯合性有机配体的生物降解越缓慢，这种风险就越大。在这方面，使用生物降解性很低的螯合剂如EDTA尤其成问题（THAYALAKUMARAN et al. 2003）。但即使是本身易于降解的螯合剂，如EDDS（某些细菌在自然条件下也会产生）和NTA，当金属达到毒性浓度时，其生物降解也会受到抑制。因此，通过螯合作用活化土壤中的有毒金属，至多只应在排水能够被完全收集、从而可以排除淋溶的系统中加以考虑。

IV-3.3.2.6 Von der Phytoremediation zum PhytomanagementIV-3.3.2.6 从植物修复到植物管理

Zwei Jahrzehnte intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeit haben viele anfängliche Hoffnungen, mit Schadstoffen belastete Böden mittels Pflanzen kostengünstig und umweltschonend innert nützlicher Frist reinigen zu können, ins Reich der Illusionen verwiesen. Diese Arbeit hat aber auch gezeigt, dass phytotechnologische Verfahren trotz aller Einschränkungen in vielen Fällen sehr nützlich zur Behandlung solcher Standorte sein können. Bevor Phytoremediations- Verfahren routinemäßig in der Praxis eingesetzt werden können, braucht es zwar noch sehr viel mehr Forschung und Entwicklung, aber trotz aller Lücken besteht heute bereits eine umfassende Grundlage an Wissen und Erkenntnissen für eine erfolgreiche Anwendung dieser Technologie. Dazu gehören Datenbanken mit Informationen über Pflanzen, die für die Beseitigung von Mineralölkontaminationen und die Extraktion von Metallen eingesetzt werden können, ebenso wie Internet-Seiten (MCINTYRE 2003).

二十年来深入的研究与开发工作，已使许多最初的希望——即利用植物在合理期限内低成本、环境友好地修复污染土壤——成为幻想。但这些工作也表明，尽管存在种种局限，植物技术方法在许多情况下对处理此类场地仍非常有用。在植物修复方法能够在实践中常规应用之前，虽然还需要大量的研究与开发，但尽管存在种种空白，如今已具备成功应用该技术的全面知识和认识基础。其中包括收录可用于清除矿物油污染和提取金属的植物信息的数据库，以及相关网站（MCINTYRE 2003）。

Am wenigsten hat die Phytoremediation die Erwartungen bisher dort erfüllt, wo sie anfangs am größten waren: nämlich in Bezug auf die Sanierbarkeit von Schwermetallkontaminationen durch Phytoextraktion. Phytoextraktion erfordert zunächst einmal, dass es Pflanzen gibt, welche die zu entfernenden Stoffe unter den gegebenen standörtlichen Bedingungen in signifikanten Mengen aufnehmen. Dies engt die Palette der Schadstoffe, die sich grundsätzlich für eine Phytoextraktion eignen, bereits stark ein. Aber auch für diejenigen Schadstoffe, die vergleichsweise sehr gut phytoextrahierbar sind, sind die erreichbaren Extraktionsraten so gering, dass dieses Verfahren allenfalls zur Sanierung von niedrig bis mäßig belasteten Böden in Frage kommt. In praktisch allen Fällen, in denen eine Belastung so groß ist, dass sie sanierungsbedürftig ist, ist mit einer Behandlungsdauer von zumindest Jahrzehnten zu rechnen, bis das Sanierungsziel erreicht ist. Dies gilt auch für die relativ mobilen Metalle Cd, Ni und Zn, für welche es praxistaugliche Hyperakkumulator-Pflanzen gibt. Das größte realistische Anwendungspotenzial von Phytoextraktion besteht beim gegenwärtigen Stand der Kenntnisse wohl bei der Sanierung von mit As belasteten Böden mit Hilfe von hyperakkumulierenden Farnen (MA et al. 2001).

迄今为止，植物修复在最初期望最高的领域——即通过植物提取修复重金属污染——最未能达到预期。植物提取首先要求存在能够在特定场地条件下大量吸收待去除物质的植物。这已大大缩小了原则上适合植物提取的污染物范围。而即使对于那些相对而言非常容易被植物提取的污染物，可达到的提取速率也很低，以致该方法充其量只适用于修复轻度至中度污染的土壤。在几乎所有污染严重到需要修复的情况下，达到修复目标所需的处理时间至少为数十年。这也适用于相对易移动的金属Cd、Ni和Zn，尽管已有可供实际应用的相应超富集植物。就目前的认识水平而言，植物提取最现实的应用潜力可能在于利用超富集蕨类修复As污染土壤（MA et al. 2001）。

Ein wesentlich größeres Potenzial als bei der Phytoextraktion von kontaminierenden Metallen ist bei der phytotechnologischen Reinigung von Böden zu sehen, die mit organischen Schadstoffen belastet sind. Organische Schadstoffe haben gegenüber Metallen den Vorteil, dass sie grundsätzlich chemisch abbaubar sind. Das Potenzial liegt hier aber weniger bei der reinen Phytotransformation, da auch diese die Aufnahme der Schadstoffe in die Pflanze voraussetzt, soweit sie nicht durch pflanzenbürtige Exoenzyme umgewandelt werden können, als viel mehr in der Kombination mit mikrobiellem Abbau (pflanzengestützte Bioremediation) und dessen Stimulation durch Pflanzen (Phytostimulation). Vielversprechend sind die letzteren Ansätze insbesondere in Bezug auf die Behandlung von Bodenkontaminationen mit Pestiziden wie Atrazin, Nitroaromaten wie TNT und Mineralöl-Kohlenwasserstoffen wie Benzolen und Toluolen (MCCUTCHEON & SCHNOOR 2003, Pilon-Smits 2005). Sogar für die Behandlung von Kontaminationen mit PAK, die wegen ihrer extrem geringen Wasserlöslichkeit und starken Sorption im Boden von Pflanzen praktisch nicht aufgenommen werden und auch mirobiellem Abbau kaum zugänglich sind, ergeben sich durch die Kombination von Phyto- und Bioremediation neue Perspektiven (McCUT- CHEON and SCHNOOR 2003b).

与污染性金属的植物提取相比，利用植物技术净化受有机污染物污染的土壤具有大得多的潜力。与金属相比，有机污染物的优势在于其原则上可以被化学降解。然而，这方面的潜力与其说在于单纯的植物转化——因为除非污染物能够被植物源胞外酶转化，否则植物转化同样以植物吸收污染物为前提——不如说在于其与微生物降解的结合（植物辅助生物修复）以及植物对微生物降解的促进作用（植物刺激）。后两种途径在处理受农药（如阿特拉津）、硝基芳香化合物（如TNT）和矿物油烃类（如苯和甲苯）污染的土壤方面尤其具有前景（MCCUTCHEON & SCHNOOR 2003, Pilon-Smits 2005）。多环芳烃（PAK）由于水溶性极低且在土壤中吸附强烈，几乎不被植物吸收，也难以被微生物降解；即便对于此类污染的处理，植物修复与生物修复的结合也开辟了新的前景（McCUT- CHEON and SCHNOOR 2003b）。

Viele Arten von Bodenkontaminationen sind jedoch - zumindest auf absehbare Zeit - nicht mit Phytoremediations-Verfahren zu beseitigen. Dazu gehören ins-

然而，许多类型的土壤污染——至少在可预见的时期内——无法通过植物修复方法清除。其中

besondere Belastungen mit Pb. Pb ist wegen seiner starken Humantoxizität, seiner Persistenz und seiner ubiquitären Verbreitung in immissionsbeeinflussten Böden neben Cd das umwelthygienisch wohl problematischste Schwermetall. ·Harte" technische Reinigungsverfahren wie die Bodenwäsche kommen aus ökonomischen und ökologischen Gründen nur in relativ seltenen Fällen und dann auch nur sehr lokal in Frage. Für die Mehrheit der mit Pb belasteten Flä- chen ist es höchstens realistisch, die von ihnen für die Umgebung ausgehenden Risiken durch Stabilisierung der Belastung kontrollieren. Phytostabilisierung stellt im Vergleich zu anderen Phytoremediationsverfahren die geringsten Ansprüche an Standortbedingungen und die zu behandelnde Kontamination, da in der Regel Pflanzen gefunden werden können, die an den Standort angepasst sind und eine große Toleranz gegenüber den betreffenden Schadstoffen haben. Notfalls können die Bedingungen für das Aufkommen der stabilisierenden Vegetation durch mechanische, hydraulische und chemische Meliorationsmaßnahmen in vielen Fällen soweit verbessert werden, dass dieses Ziel erreicht wird. Das größte grundsätzliche Problem bei einer Phytostabilisierung ist wie bei jeder Stabilisierung das Risiko, dass die Kontamination mit der Zeit auf irgendeine Art und Weise wieder mobil wird. Um die Nachhaltigkeit des Behandlungserfolges zu sichern, ist ein der Risikosituation angepasstes, auf unabsehbare Zeit hinaus anhaltendes Monitoring erforderlich. Zudem muss die Landnutzung auf Dauer eingeschränkt bleiben.

尤其包括Pb污染。Pb因其对人体的强毒性、持久性以及在受大气沉降影响的土壤中的普遍分布，可能是继Cd之后从环境卫生角度看问题最大的重金属。出于经济和生态原因，土壤淋洗等“硬性”工程修复方法仅在相对少数情况下适用，而且也只能在很小的局部范围内实施。对于大多数受Pb污染的场地而言，最现实的做法充其量是通过稳定化污染来控制其对周边环境造成的风险。与其他植物修复方法相比，植物稳定对场地条件和待处理污染的要求最低，因为通常可以找到适应该场地且对相关污染物具有较高耐受性的植物。必要时，在许多情况下还可以通过机械、水力和化学改良措施改善稳定化植被的定植条件，从而实现这一目标。与任何稳定化措施一样，植物稳定最大的根本问题在于污染物可能随时间以某种方式重新活化的风险。为确保处理效果的可持续性，需要开展与风险状况相适应的、无限期持续的监测。此外，土地利用必须长期受到限制。

Längerfristige Einschränkungen in der Landnutzung sind auch als Kostenfaktor selten zu vernachlässigen. Zwar sind die rein operativen Kosten einer Phytoremediation im Vergleich zu harten Sanierungen niedrig, was gewöhnlich als wesentlicher Vorzug der Phytoremediation angeführt wird, dafür können jedoch die Opportunitätskosten einer entgangenen Nutzung erheblich ins Gewicht fallen. Abgesehen von Ausnahmefällen, in denen es möglich ist, eine Belastung innerhalb von wenigen Jahren auf ein unproblematisches Maß zu senken, kann Phytoremediation nur attraktiv sein, wenn sie mit einer möglichst profitablen Nutzung des Standorts verbunden werden kann (RoBINsoN et al. 2003b). Dies bedeutet, dass Phytoremediation nicht isoliert als Behandlung einer Bodenkontamination gesehen wird, sondern als integrierter Teil einer Landnutzungsstrategie, die gleichzeitig die produktive Nutzung des Bodens und die Kontrolle seiner Belastung optimiert. Dies ist der Ansatz des Phytomanagements von belasteten Böden.

作为一项成本因素，长期的土地利用限制也很少可以忽略。虽然与硬性修复相比，植物修复的纯运营成本较低——这通常被列为植物修复的主要优势——但丧失土地利用所带来的机会成本可能相当可观。除了能够在几年内将污染降至无害水平的特殊情况外，只有当植物修复能够与尽可能有利可图的场地利用相结合时，它才可能具有吸引力（RoBINsoN et al. 2003b）。这意味着，植物修复不应被孤立地视为对土壤污染的处理，而应被视为土地利用策略的一个组成部分，该策略同时优化土壤的生产性利用及其污染的控制。这正是污染土壤植物管理的思路。

Phytomanagement kann sehr verschieden aussehen. Im einfachsten Fall besteht es in einer auf Pflanzenproduktion optimierten Form der Phytostabilisierung, indem Pflanzen angebaut werden, welche die den Boden kontaminierenden Schadstoffe nicht in die zur Verwertung bestimmten Teile aufnehmen bzw. nicht in einem Maße, dass dadurch die Nutzung beeinträchtigt wird. In der Regel werden Schadstoffe am stärksten in den Blättern akkumuliert, am wenigsten dagegen in Samen, Früchten und Knollen, die nur über das Phloem und nicht über das Xylem beladen werden. Werden nur diese Teile verwertet, so kann das Risiko, dass durch eine solche Nutzung Schadstoffe in die Produkte gelangen, häufig praktisch ausgeschlossen werden. Gleichzeitig kann unter Umständen eine Akkumulation der Schadstoffe in Blättern und Stengeln dazu genutzt werden, den Boden allmählich zu verbessern, insbesondere wenn es sich um Schadstoffe wie zum Beispiel residuale Pestizide handelt, die durch Phytotransformation dauerhaft unschädlich gemacht werden können. Auch wenn aus Gründen der Vorsicht ganz auf den Anbau von Nahrungs- und Futterpflanzen verzichtet wird, gibt es immer noch eine breite Palette an kommerziell nutzbaren Pflanzen, bei denen eine leicht erhöhte Aufnahme von Schadstoffen in den zu verwertenden Teilen eher toleriert werden kann als bei ersteren. Dazu gehört der Anbau von Energie- und Zierpflanzen ebenso wie die Produktion von Holz als Bau-, Werk- und Rohstoff für Industrie und Gewerbe.

植物管理可以有多种不同的形式。在最简单的情况下，它是一种以植物生产为优化目标的植物稳定形式，即种植不会将土壤中的污染物吸收进入待利用部位的植物，或吸收程度不至于影响其利用的植物。通常，污染物在叶片中积累最多，而在仅经韧皮部而非木质部装载的种子、果实和块茎中积累最少。如果只利用这些部位，那么通过此类利用使污染物进入产品的风险往往实际上可以排除。同时，在某些情况下，还可以利用污染物在叶片和茎中的积累使土壤逐步得到改善，尤其是对于残留农药等可通过植物转化而被永久无害化的污染物。即使出于谨慎完全放弃种植粮食和饲料作物，仍有大量具有商业用途的植物可供选择，与前者相比，这些植物的待利用部位对污染物吸收略有增加的情况更易被容忍。这包括种植能源植物和观赏植物，以及生产用作建筑材料、加工材料和工商业原料的木材。

Eine andere denkbare Variante besteht in einer Fruchtfolge zwischen Kultur- und Akkumulatorpflanzen zur Nutzung und Behandlung von Böden, die mit phytoakkumulierbaren Metallen wie Cd, Ni und Zn belastet sind (MCGRATH et al. 2002). Vielfach ist nur ein kleiner Teil der belastenden Metalle im Boden unmittelbar pflanzenverfügbar. Wird diese Fraktion extrahiert, so führt die thermodynamische Tendenz, ein gestörtes Gleichgewicht wiederherzustellen, dazu, dass sie aus den stärker gebundenen Fraktionen mit der Zeit wieder aufgefüllt wird. Jedoch ist dieser Prozess oft sehr langsam, so dass es unter geeigneten Umständen möglich ist, die leicht verfügbare Fraktion an belastenden Metallen im Boden durch geeignete Akkumulator-Pflanzen abzuschöpfen und so die Exposition für Folgekulturen auf ein tolerierbares Maß zu reduzieren, bis die Nachlieferung aus den schwer verfügbaren Fraktionen ein erneutes ·Stripping" erforderlich macht. Noch effizienter für eine produktive Nutzung des Bodens ist es, wenn das Stripping in einer Mischkultur gleichzeitig mit dem Anbau von Kulturpflanzen durchgeführt werden kann. Wenn die Akkumulatorpflanzen nicht auf dem Feld zurückgelassen, sondern separat abgeführt werden, läuft das Stripping auf eine allmähliche Sanierung des Bodens durch Phytoextraktion hinaus.

另一种可以设想的方式是在作物与富集植物之间进行轮作，以利用和处理受Cd、Ni和Zn等可被植物富集的金属污染的土壤（MCGRATH et al. 2002）。在许多情况下，土壤中污染金属只有一小部分可直接被植物利用。若将这一部分提取出来，恢复被扰动平衡的热力学趋势会使其随时间从结合较强的组分中得到补充。然而，这一过程往往非常缓慢，因此在适当条件下，可以利用合适的富集植物“撇取”土壤中易有效态的污染金属，从而将后茬作物的暴露降低到可容忍的水平，直至难有效态组分的再补给使得需要再次进行“剥离”（Stripping）。如果剥离能够在间作系统中与作物种植同时进行，则对土壤的生产性利用更为高效。如果富集植物不留在田间而是单独移除，那么剥离实际上就相当于通过植物提取逐步修复土壤。

Wenn mit Schadstoffen belastetes Pflanzenmaterial abgeführt werden soll, so stellt sich natürlich sofort die Frage des Wohin. Am günstigsten ist es, wenn es sich um Stoffe handelt, die zurück gewonnen und wieder verwendet werden können, wie dies grundsätzlich mit wertvollen Metallen der Fall ist. Damit dies wirtschaftlich ist, müssen sie in genügen hoher Konzentration vorliegen und in genügend großer Menge anfallen. Hier liegt im Vergleich zu Hyperakkumulator-pflanzen im Vergleich ein wesentlicher Nachteil von Akkumulatorpflanzen, die bei geringerer Akkumulation eine hohe Extraktionsleistung nur dank großer Biomasse erbringen; denn auf je mehr Biomasse sich die extrahierte Menge an Metall verteilt, umso aufwendiger und ineffizienter wird der gesamte Prozess der Rückgewinnung.

如果要移除受污染物污染的植物材料，自然会立即产生如何处置的问题。最有利的情况是所涉物质可以回收和再利用，贵重金属原则上即属此类。要使回收具有经济性，这些物质必须以足够高的浓度存在并产生足够大的数量。与超富集植物相比，富集植物在这方面存在一个重大缺点：其富集程度较低，只能依靠巨大的生物量实现较高的提取量；而提取的金属量分布在越多的生物量中，整个回收过程就越繁琐、越低效。

In gewissen Fällen kann die Anreicherung von Spurenelementen in der Biomasse aber auch für andere Verwertungen als nur für die Gewinnung wertvoller Metalle von Vorteil sein. Diese Möglichkeit kann sich zum Beispiel bei Böden bieten, die mit En oder Se belastet sind. Beide Elemente sind in niedrigen Konzentrationen essenziell für die menschliche und tierische Ernährung, Zn zudem auch für die Pflanzenernährung, und beide sind in vielen Regionen Mangelelemente. Die Anreicherung dieser Elemente in Nahrungs- und Futterpflanzen ist eine als Biofortifikation bezeichnete Strategie, Mangel an diesen Elementen in der menschlichen bzw. tierischen Ernährung in solchen Regionen zu bekämpfen (Bañuelos & Lin 2008). Bei der Verwendung von belasteten Böden zur Biofortifikation von Nahrungs- und Futterpflanzen muss die Anreicherung des

然而，在某些情况下，微量元素在生物量中的富集也可能有利于贵重金属回收以外的其他用途。例如，受Zn或Se污染的土壤就可能提供这种可能性。这两种元素在低浓度下都是人类和动物营养所必需的，Zn同时也是植物营养所必需的，而且二者在许多地区都是缺乏元素。在粮食和饲料作物中富集这些元素是一种被称为生物强化的策略，用于应对这些地区人类或动物营养中这些元素的缺乏（Bañuelos & Lin 2008）。在利用受污染土壤对粮食和饲料作物进行生物强化时，必须对

gewünschten Spurenelements in den zum Verzehr gelangenden Pflanzenteilen natürlich sorgfältig überwacht werden, und es ist sicher zu stellen, dass keine Stoffe angereichert werden, die gesundheitsschädlich sind.

所需微量元素在供食用的植物部位中的富集进行仔细监测，并确保不会富集任何有害健康的物质。

Das letzte Beispiel macht besonders deutlich, dass es beim Phytomanagement letztlich um die Steuerung von Spurenelementströmen auf der Ebene eines terrestrischen Produktionssystems geht. Das Potenzial dieses Ansatzes ist noch schwer abzuschätzen, und die methodischen Instrumente sind erst ansatzweise vorhanden. Jedoch ist Stottstrom-Management letztlich der einzige Weg, um auf der Skala von Öko- und Produktionssystemen zu einem nachhaltigen Umgang mit umwelt-hygienisch problematischen Spurenelementen und auch anderen Problemstoffen zu gelangen.

最后一个例子尤其清楚地表明，植物管理归根结底是在陆地生产系统层面上调控微量元素的流动。这一途径的潜力目前仍难以评估，相关方法工具也仅初具雏形。然而，物质流管理最终是在生态系统和生产系统尺度上实现对环境卫生方面存在问题的微量元素及其他问题物质进行可持续管理的唯一途径。

IV-3.3.2.7 LiteraturIV-3.3.2.7 参考文献

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