综述:利用大麻(Cannabis sativa L.)实现环境修复与生物质循环利用的综合策略

【字体: 时间:2025年06月27日 来源:Science of The Total Environment 8.2

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  本篇综述系统阐述工业大麻(Cannabis sativa L.)在土壤、水体及大气环境修复中的多场景应用,重点解析其通过植物提取(phytoextraction)、根际降解(rhizodegradation)和生物吸附(biosorption)等机制清除重金属(HMs)、有机污染物(如PAHs)和放射性核素的潜力,并探讨符合循环经济原则的生物质后处理路径(如生物能源、建材、再生吸附剂)。研究强调跨介质整合视角,为可持续环境管理提供新思路。

  

生物修复机制
工业大麻的环境修复效能源于其独特的生理特性。该植物通过根系吸收重金属(如Zn、Cu、Pb、Cd)后,优先将其富集于根部液泡,其中锌(Zn)在根部积累量可达5029.8 mg/kg,远超茎叶43.9 mg/kg。研究显示重金属分布规律为:花器>种子>根>茎>叶>纤维,而镉(Cd)的存在甚至能促进根系生长。铜(Cu)和砷(As)的转运能力直接影响地上部污染物分布,其中砷(As)对植株生长影响最显著。

空气修复
尽管大气污染物(如Pb、PM2.5)的去除研究尚处空白,但大麻在无污染土壤中仍检测到铅(Pb)富集现象,暗示其可能通过气孔吸收或叶面沉积参与大气净化,这为未来研究指明方向。

挑战与局限
实际应用面临三大瓶颈:1)修复周期长且限于浅层污染;2)极端气候会抑制生物量产出;3)缺乏标准化后处理方案。例如,欧盟若用大麻替代25%油菜与甜菜种植,年减排可达21 MtCO2eq,但需配套建立从纤维纺织到 hempcrete 建材的全产业链。

未来展望
突破点在于:1)开发针对大气污染的专用栽培系统;2)建立污染物-生物质用途的匹配模型(如高重金属含量优先用于建材而非食品);3)通过基因编辑提升特定污染物富集效率。当前全球 hemp fiber 市场预计2030年达235.7亿美元,为技术转化提供经济驱动力。

结论
作为兼具碳负性(carbon-negative)与高适应性的多介质修复工具,工业大麻在实现联合国可持续发展目标(SDGs)中展现出独特价值,但需通过跨学科协作解决规模化应用的技术-经济-政策壁垒。

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