土壤污染具有隱蔽性，看不見也摸不著。此外，由于土壤環(huán)境復(fù)雜，重金屬一旦進(jìn)入很難出來，治理難度大、成本高。“國(guó)外的淋洗、焚燒等土壤污染治理技術(shù)，不但成本高，且在去除污染物的同時(shí)土壤中的有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)隨之流失，土壤喪失生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的功能。”中科院地理科學(xué)與資源研究所研究員、環(huán)境修復(fù)研究中心主任陳同斌在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)說。
“土十條”的發(fā)布使土壤污染修復(fù)成為社會(huì)各界關(guān)注的熱點(diǎn)。對(duì)于污染耕地到底有沒有行之有效的修復(fù)辦法？
經(jīng)過多年的研究，陳同斌帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，摸索出了一條適合我國(guó)國(guó)情的農(nóng)田土壤污染修復(fù)技術(shù)途徑，并在田間地頭發(fā)揮了實(shí)際作用，為我國(guó)土壤重金屬污染治理提供了科學(xué)支撐。
6月1日，在國(guó)家“十二五”科技創(chuàng)新成就展上，陳同斌研究團(tuán)隊(duì)的重金屬污染土壤成套技術(shù)集應(yīng)用作為環(huán)保領(lǐng)域代表性成果參展。“這是對(duì)前一階段的總結(jié)，更是對(duì)后續(xù)研究提出更高的希望。”陳同斌說。
發(fā)現(xiàn)一種神奇的“吸毒”植物
利用某些特異植物來大量富集和移除土壤中的重金屬等污染物，是當(dāng)今頗受關(guān)注的植物修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。這些具有特異功能的超富集植物能夠?qū)⒂卸镜闹亟饘俑患降厣喜糠郑ㄟ^收獲植物的地上部，便可大量去除土壤中的污染物。
到底有沒有這種能夠大量富集重金屬的植物？怎么能夠?qū)ふ业剿?/span>
陳同斌將研究目標(biāo)鎖定在砷，“砷是砒霜的主要成分，是所有重金屬中毒性最強(qiáng)的物質(zhì)。”
我國(guó)有色金屬礦產(chǎn)資源豐富，砷的儲(chǔ)量占世界范圍的70%，礦山開采和冶煉都會(huì)造成砷污染。當(dāng)時(shí)，國(guó)際上報(bào)道重金屬超富集植物有300種，但并沒有發(fā)現(xiàn)砷的超富集植物。
結(jié)合地球化學(xué)、氣象學(xué)、生態(tài)學(xué)等多學(xué)科交叉知識(shí)，陳同斌認(rèn)為，在中國(guó)南方地區(qū)極有可能存在能夠大量富集砷的超富集植物。
通過兩年多的大量植物采集、室內(nèi)分析和盆栽試驗(yàn)，對(duì)2000多個(gè)礦區(qū)植物樣本的砷吸收、富集和轉(zhuǎn)運(yùn)能力等進(jìn)行篩選。1999年，“我們終于在石門雄黃礦附近等地發(fā)現(xiàn)了一種名為蜈蚣草的植物。”陳同斌說，蜈蚣草中最高砷含量多達(dá)10000毫克/公斤，比普通植物高出20萬(wàn)倍，其羽葉中的砷濃度高于根部，甚至比土壤中的砷濃度還高。
種植的蜈蚣草
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著蜈蚣草逐漸長(zhǎng)大長(zhǎng)高，羽葉中的砷濃度也越來越高，繁殖的第二代和刈割后的第二茬蜈蚣草依然保持著很強(qiáng)的砷富集特性，證實(shí)其砷富集功能具有明顯的遺傳特性。
在2000年10月“土壤修復(fù)國(guó)際會(huì)議”上，陳同斌團(tuán)隊(duì)介紹了這一發(fā)現(xiàn)。2002年2月，《砷超富集植物蜈蚣草及其對(duì)砷的富集特征》一文在國(guó)內(nèi)著名期刊《科學(xué)通報(bào)》以封面論文形式發(fā)表。
只是一個(gè)開始
蜈蚣草的發(fā)現(xiàn)是植物修復(fù)技術(shù)在中國(guó)開始蓬勃發(fā)展的開端，極大地推動(dòng)了土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生和發(fā)展。但這對(duì)于當(dāng)時(shí)的陳同斌來說，“還只是一個(gè)開始。”
“找到了這樣一種植物并不意味著就能修復(fù)砷污染土壤。如何將這種植物應(yīng)用到植物修復(fù)技術(shù)還有很長(zhǎng)的路要走。”中科院地理科學(xué)與資源研究所研究員雷梅向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者表示，把重金屬?gòu)耐寥览铩叭 背鰜聿⒉皇且患菀椎氖隆?/span>
遇到的第一個(gè)難題，就是如何大規(guī)模繁育蜈蚣草種苗。
蜈蚣草在中國(guó)有廣泛的自然分布。一開始，包括陳同斌在內(nèi)的研究者都沒有意識(shí)到它的大量繁殖會(huì)是一個(gè)難點(diǎn)。始終上不去的存活率引起了科研人員對(duì)這個(gè)問題的重視。
由于蜈蚣草是一種古老的蕨類植物，需要依靠孢子進(jìn)行繁殖。相比于種子，微米級(jí)的孢子能夠儲(chǔ)存的營(yíng)養(yǎng)極少，因此，在很幼小的階段，蜈蚣草就需要進(jìn)行光合作用來獲取營(yíng)養(yǎng)。不同于受精過程形成的種子，孢子是無性產(chǎn)生的單倍體，要通過播種、萌發(fā)后形成原葉體，原葉體受精才能產(chǎn)生真正的兩倍體蜈蚣草植株，受精過程對(duì)于水分有較為苛刻的要求。
根據(jù)這些特征，“我們?cè)隍隍疾萦鐓?shù)上進(jìn)行了大量的研究，保證了育苗的存活率，并進(jìn)一步開展大量工作來縮短育苗時(shí)間，建立了蜈蚣草的快速育苗技術(shù)。”陳同斌表示。
此外，含有高濃度砷的蜈蚣草地上部分的處理處置是另外一個(gè)難題。“針對(duì)這個(gè)問題，我們建立了超富集植物收獲物安全焚燒技術(shù)。”雷梅說。
為此，團(tuán)隊(duì)建立了一套超富集植物安全焚燒設(shè)備，焚燒之后超富集植物收獲物能夠減容96%。由于砷在高溫條件下很容易揮發(fā)，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了在焚燒過程中添加固定劑的技術(shù)，尾氣中重金屬等各項(xiàng)指標(biāo)完全達(dá)標(biāo)，焚燒后的灰燼還可以提取有價(jià)金屬或作為危險(xiǎn)廢物進(jìn)行安全填埋。
據(jù)了解，在利用蜈蚣草進(jìn)行生物質(zhì)轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，英國(guó)Cranfield大學(xué)已經(jīng)與陳同斌團(tuán)隊(duì)建立了合作關(guān)系，為超富集植物收獲物的資源化利用提供了另外一種途徑。
技術(shù)多樣效果顯著
通過長(zhǎng)期的室內(nèi)研究和野外實(shí)踐，陳同斌和他的團(tuán)隊(duì)形成了集快速育苗技術(shù)—田間管理技術(shù)—收獲物安全焚燒和資源化利用技術(shù)于一體的砷污染土壤植物修復(fù)成套技術(shù)。
2001年，在國(guó)家高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃（“863”計(jì)劃）、“973”前期專項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的支持下，陳同斌帶領(lǐng)課題組在湖南郴州建立了世界上首個(gè)砷污染土壤植物修復(fù)工程示范基地。
在種植蜈蚣草1年之后，土壤的砷含量下降了10%，而收割的蜈蚣草葉片砷含量高達(dá)0.8%；3年后，土壤砷含量進(jìn)一步下降了30%左右；修復(fù)5年后，土壤砷平均含量達(dá)到《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）的要求，修復(fù)后農(nóng)田可以安全地種植普通農(nóng)作物。
湖南郴州的試點(diǎn)成功為進(jìn)一步展開應(yīng)用研究奠定了基礎(chǔ)。“砷污染土壤植物修復(fù)技術(shù)進(jìn)一步推廣到云南、廣西、河南、河北和四川等全國(guó)十個(gè)地方的砷、鎘污染耕地修復(fù)，總修復(fù)面積達(dá)2000多畝。”北京瑞美德環(huán)境修復(fù)有限公司總工程師劉珍貴在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)說，修復(fù)效果讓人滿意，得到了政府和農(nóng)民的認(rèn)可。
劉珍貴表示，農(nóng)田修復(fù)要求技術(shù)的嚴(yán)格性、精確性、科學(xué)性都是非常高的。
經(jīng)過近20年土壤修復(fù)領(lǐng)域的研發(fā)，陳同斌團(tuán)隊(duì)根據(jù)污染程度建立了一系列修復(fù)技術(shù)，包括植物萃取技術(shù)、活化劑強(qiáng)化植物萃取技術(shù)、植物阻隔技術(shù)、鈍化技術(shù)以及超富集植物—經(jīng)濟(jì)作物間作技術(shù)。
在國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（“863”計(jì)劃）重點(diǎn)項(xiàng)目、環(huán)保部重金屬專項(xiàng)、中科院STS計(jì)劃等支持下，廣西環(huán)江縣人民政府和中科院地理資源所聯(lián)合桂林理工大學(xué)等單位在廣西環(huán)江開展成套技術(shù)示范，修復(fù)重金屬污染農(nóng)田1280畝，培育蜈蚣草苗40萬(wàn)株。
科學(xué)制定修復(fù)方案
每年利用蜈蚣草和東南景天修復(fù)土壤中砷、鎘的效率均達(dá)到10%以上，修復(fù)4年后即可達(dá)到農(nóng)田環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。利用間作修復(fù)、鈍化修復(fù)和植物阻隔等修復(fù)技術(shù)使得農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量的合格率達(dá)到95%以上，同時(shí)，間作修復(fù)使作物增產(chǎn)8.8%~12.9%。
據(jù)陳同斌介紹，該工程是世界上最大的植物修復(fù)工程。通過在環(huán)江縣進(jìn)行大量的科技研發(fā)和工程轉(zhuǎn)化試點(diǎn)，建立了“政府引導(dǎo)、科技支撐、企業(yè)參與、農(nóng)民實(shí)施”的土壤修復(fù)新模式，獲得了環(huán)保部和多地政府的推薦。
“將來這些技術(shù)的應(yīng)用前景是非常廣的。”劉珍貴表示。
如何利用科技來解決農(nóng)業(yè)、環(huán)境中的現(xiàn)實(shí)問題是老百姓、各級(jí)政府以及中科院向很多科學(xué)家提出的現(xiàn)實(shí)要求。
“目前的技術(shù)還不足以解決中國(guó)所有的土壤污染問題。”雷梅表示，這是一條艱難的路，“我們會(huì)繼續(xù)往前推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。”
“作為科學(xué)家，看到科技成果能夠以實(shí)體的形式出現(xiàn)在眼前是一種極其讓人興奮的體驗(yàn)。希望在不遠(yuǎn)的未來，能夠真正地告訴大家我們完全攻克了土壤重金屬污染的難題。”陳同斌說。
來源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 生態(tài)修復(fù)網(wǎng)
上一條
