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，重金屬一旦進入很難出來，治理難度大、成本高。“國外的淋洗、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土壤中的有機質(zhì)和營養(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《中國科學(xué)報》記者采訪時說。
“土十條”的發(fā)布使土壤污染修復(fù)成為社會各界關(guān)注的熱點。對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)團隊，摸索出了一條適合我國國情的農(nóng)田土壤污染修復(fù)技術(shù)途徑，并在田間地頭發(fā)揮了實際作用，為我國土壤重金屬污染治理提供了科學(xué)支撐。
6月1日，在國家“十二五”科技創(chuàng)新成就展上，陳同斌研究團隊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。“這是對前一階段的總結(jié)，更是對后續(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>
陳同斌將研究目標鎖定在砷，“砷是砒霜的主要成分，是所有重金屬中毒性最強的物質(zhì)。”
我國有色金屬礦產(chǎn)資源豐富，砷的儲量占世界范圍的70%，礦山開采和冶煉都會造成砷污染。當(dāng)時，國際上報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，陳同斌認為，在中國南方地區(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，對2000多個礦區(qū)植物樣本的砷吸收、富集和轉(zhuǎn)運能力等進行篩選。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10000毫克/公斤，比普通植物高出20萬倍，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
實驗發(fā)現(xiàn)，隨著蜈蚣草逐漸長大長高，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的砷富集特性，證實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)國際會議”上，陳同斌團隊介紹了這一發(fā)現(xiàn)。2002年2月，《砷超富集植物蜈蚣草及其對砷的富集特征》一文在國內(nèi)著名期刊《科學(xué)通報》以封面論文形式發(fā)表。
只是一個開始
蜈蚣草的發(fā)現(xiàn)是植物修復(fù)技術(shù)在中國開始蓬勃發(fā)展的開端，極大地推動了土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生和發(fā)展。但這對于當(dāng)時的陳同斌來說，“還只是一個開始。”
“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《中國科學(xué)報》記者表示，把重金屬從土壤里“取”出來并不是一件容易的事。
遇到的第一個難題，就是如何大規(guī)模繁育蜈蚣草種苗。
蜈蚣草在中國有廣泛的自然分布。一開始，包括陳同斌在內(nèi)的研究者都沒有意識到它的大量繁殖會是一個難點。始終上不去的存活率引起了科研人員對這個問題的重視。
由于蜈蚣草是一種古老的蕨類植物，需要依靠孢子進行繁殖。相比于種子，微米級的孢子能夠儲存的營養(yǎng)極少，因此，在很幼小的階段，蜈蚣草就需要進行光合作用來獲取營養(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，受精過程對于水分有較為苛刻的要求。
根據(jù)這些特征，“我們在蜈蚣草育苗參數(shù)上進行了大量的研究，保證了育苗的存活率，并進一步開展大量工作來縮短育苗時間，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難題。“針對這個問題，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，團隊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)，團隊研發(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指標完全達標，焚燒后的灰燼還可以提取有價金屬或作為危險廢物進行安全填埋。
據(jù)了解，在利用蜈蚣草進行生物質(zhì)轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，英國Cranfield大學(xué)已經(jīng)與陳同斌團隊建立了合作關(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
通過長期的室內(nèi)研究和野外實踐，陳同斌和他的團隊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，在國家高技術(shù)發(fā)展計劃（“863”計劃）、“973”前期專項和國家自然科學(xué)基金重點項目的支持下，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0.8%；3年后，土壤砷含量進一步下降了30%左右；修復(fù)5年后，土壤砷平均含量達到《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（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。
湖南郴州的試點成功為進一步展開應(yīng)用研究奠定了基礎(chǔ)。“砷污染土壤植物修復(fù)技術(shù)進一步推廣到云南、廣西、河南、河北和四川等全國十個地方的砷、鎘污染耕地修復(fù)，總修復(fù)面積達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《中國科學(xué)報》記者采訪時說，修復(fù)效果讓人滿意，得到了政府和農(nóng)民的認可。
劉珍貴表示，農(nóng)田修復(fù)要求技術(shù)的嚴格性、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)，陳同斌團隊根據(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)濟作物間作技術(shù)。
在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（“863”計劃）重點項目、環(huán)保部重金屬專項、中科院STS計劃等支持下，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、鎘的效率均達到10%以上，修復(fù)4年后即可達到農(nóng)田環(huán)境質(zhì)量標準。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到95%以上，同時，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)江縣進行大量的科技研發(fā)和工程轉(zhuǎn)化試點，建立了“政府引導(dǎo)、科技支撐、企業(yè)參與、農(nóng)民實施”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)實問題是老百姓、各級政府以及中科院向很多科學(xué)家提出的現(xiàn)實要求。
“目前的技術(shù)還不足以解決中國所有的土壤污染問題。”雷梅表示，這是一條艱難的路，“我們會繼續(xù)往前推進這項技術(shù)。”
“作為科學(xué)家，看到科技成果能夠以實體的形式出現(xiàn)在眼前是一種極其讓人興奮的體驗。希望在不遠的未來，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：中國科學(xué)報 生態(tài)修復(fù)網(wǎng)
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