植物大戰(zhàn)重金屬：鎘大米危機牽出土壤污染現(xiàn)實

組建超富集植物軍團

目前很多人都在從事利用植物修復技術來進行土壤污染修復的研究，尋找更經(jīng)濟更適宜的超富集植物，并探索植物—化學和植物—微生物聯(lián)合修復技術

隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)，重金屬被植物吸收以后，絕大部分都聚集在植物的根部，地上部分收割完后，重金屬仍然隨著根部的腐爛又回到了土壤中。因此，研究者們提出，超富集植物需要滿足3個條件：植物地上部分富集的重金屬達到一定的量；植物地上部分的重金屬含量應高于其根部；高重金屬含量下植物生長沒有受到明顯抑制。

1989年生物學家Baker等人制定了篩選超富集植物的“臨界含量”，其中鋅和錳為10000mg/kg，鎘100mg/kg，金1mg/kg，銅、鉛、鎳、鈷均為1000mg/kg。

目前發(fā)現(xiàn)的對重金屬具有超積累能力的植物有45科約400多種，其中73%為鎳的超積累植物。十字花科遏藍菜屬是一種鋅和鎘的超積累植物，是超富集植物軍團中的“作戰(zhàn)高手”。

根據(jù)研究者的實驗，遏藍菜地上部分鋅和鎘含量可分別達36000mg/kg和1140mg/kg，且地上部分鋅含量高達26000mg/kg時植物尚未表現(xiàn)中毒癥狀。在鎘濃度為19mg/kg的工業(yè)污染土壤種植收割天然遏藍菜6次，即可將土壤中的鎘下降至3mg/kg。

不過，并不是善于吸收重金屬就能夠被實際應用在重金屬土壤的修復工程中。什么樣的植物能夠獲得認可加入“超富集植物軍團”呢？科學家們有一套嚴格的篩選標準。

能用于污染土壤植物修復的超積累植物應具備以下幾個特性：即使在污染物濃度較低時也有較高的積累效率；能在體內積累高濃度的污染物；能同時積累多種重金屬；生長快、生物量大；抗蟲抗病能力強等等。

黨志介紹，目前有很多人都在從事利用植物修復技術來進行土壤污染修復的研究，尋找篩選更經(jīng)濟更適宜的超富集植物，并探索植物—化學和植物—微生物聯(lián)合修復技術。

黨志介紹，植物種下去以后，只有離子態(tài)的和絡合態(tài)的重金屬被植物吸收了，但其他態(tài)體不被植物吸收，檢測濃度仍然很高，研究者們采取了植物—化學強化聯(lián)合修復技術，通過添加一些化學物質，使得土壤里其他態(tài)體的重金屬轉化為活性狀態(tài)。有些微生物在生長過程中會分泌出一些生物表面活性劑，可以活化重金屬。通過篩選出這樣的微生物，或者從微生物中將產(chǎn)生的活性劑提取出來，投放到土壤里，就是植物—微生物聯(lián)合修復技術。

2011年，由黨志主持的一個名為“污染物在土壤中的環(huán)境化學行為與修復機理研究”的項目，獲得了廣東省科學技術獎自然科學類一等獎，其中一項研究就是通過種植玉米加上化學強化來修復鎘污染的土壤。

“西方國家人少地多，所以他們主要采用超累積的草本植物對污染土地進行集中治理，但是這條道路在我國行不通。”黨志說，我國人多地少，希望既能夠治理污染，也能給農(nóng)民帶來收益。因此，他們把目光轉向玉米、向日葵、煙葉等經(jīng)濟作物。

課題組經(jīng)過2年多的反復試驗，從20多個玉米品種中篩選出來“超甜38”，該品種能夠將土壤中的重金屬元素吸收到莖和葉中。

黨志說，當時他們考慮了好幾種植物，其中一種是向日葵，它吸收重金屬能力也很強。還有一種是玉米，“我們找了幾十種玉米，種玉米做實驗，最后確定一種玉米，對重金屬吸收能力很強，加上化學強化機制，在白云區(qū)的蔬菜基地做了實驗，修復效果不錯。”

遭遇戰(zhàn)還是持久戰(zhàn)？

土壤修復的課題大部分是在做現(xiàn)在被污染土壤的修復，但是實際上如果沒有在源頭上斷絕污染，只是在末端做修復，這項工作沒有多大的意義

雖然植物修復技術在治理重金屬污染方面是一條經(jīng)濟有效的途徑，但仍然面臨著許多待解決的問題。比如說一種植物通常只能忍耐或吸收一種或兩種重金屬元素，對土壤中其他濃度較高的重金屬則表現(xiàn)出某些中毒癥狀，從而限制了植物修復技術在重金屬復合污染土壤治理中的應用。

而且植物是活的有機體，需要有適宜的生長條件，對土壤肥力、氣候、水分、鹽度、排水與灌溉系統(tǒng)等自然條件有一定的要求，植物受病蟲害襲擊時會影響其修復能力。另外，植物根系一般較淺，對淺層土壤污染的修復最為有效，對深層土壤污染修復能力較差。

還有一個問題也在困擾著黨志這樣的研究者，“土壤修復以后，這么多的植物怎么辦呢？”黨志說，這些含有大量重金屬的植物必須把它處理掉。目前的處理方法只是燒掉，并將灰燼作為危險廢棄物去填埋。但這顯然并不是一個令人滿意的處理方法。

黨志認為，向重金屬污染土壤開戰(zhàn)，不僅僅是技術上的問題，更大程度上是社會管理的問題。“土壤修復和大氣、污水等修復有區(qū)別，比如工廠污水將河流污染了，工廠有處理這些污水的義務，大氣污染物電廠也可以自己處理。但是土壤不一樣，因為被污染的土壤都是公共的地方。”

“如果耕地需要讓農(nóng)民出錢來修復，這絕對是不可能的。找不到誰對污染的土壤負責，最后只好政府買單。有時政府愿意，農(nóng)民也不愿意，他們害怕影響生產(chǎn)。”黨志表示，“在現(xiàn)實的國情下，不要說大面積的修復，連大面積的種植都不可能實現(xiàn)。”

由于土壤污染的隱蔽性，一直以來國家對土壤重金屬污染的投入遠遠趕不上對水污染和大氣污染投入的力度。但黨志說，近些年來，國家也已經(jīng)加大了對土壤污染修復的投入力度，成立了很多土壤修復的課題，他也參與了好幾個。

“這些課題大部分是在做現(xiàn)在被污染土壤的修復，但是實際上如果沒有在源頭上斷絕污染，只是在末端做修復，沒有多大的意義。”黨志研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的重金屬最主要的來源還是礦山，進行源頭的治理才是治本之道。

他透露，包括廣州在內，全國有很大比例的耕地都是采用污水灌溉。沒有經(jīng)過處理的礦山廢水、工業(yè)廢水等污水將重金屬源源不斷地灌入到土壤中。以他在白云區(qū)的蔬菜基地做的調查為例，如果再不使用污水灌溉，所種植的一些蔬菜都有可能將土壤中的重金屬吸收到低水平，土壤能得到自然的凈化。

“假如我們上面把礦山治理好了，我們在下面就不用做修復的工作了，就不用投那么多錢了。”黨志說，土壤、大氣、水體三種環(huán)境介質中，修復土壤的費用是最高的，而且效果最慢、最差，一旦被污染，修復將是一個長期工程。

植物修復的優(yōu)勢

1

技術相對簡單、費用較低，可以大面積實施

2

經(jīng)植物修復過的土壤可再利用，符合可持續(xù)發(fā)展的要求

3

不造成污染場地的二次污染，具有美化環(huán)境的作用

4

不破壞場地結構，對環(huán)境擾動少，為公眾所歡迎

5

如不再次污染，利用植物的提取或降解作用可以永久性地解決土壤污染問題

植物修復

的局限性

1

對于污染程度過重、污染物分布為植物根系所達不到、不適于植物生長的污染土壤的修復并不適用

2

對于復合污染土壤，采用一種修復植物或幾種修復植物相結合的修復方式往往也難以達到修復要求

3

修復周期較長，難以滿足快速修復污染環(huán)境的需求

南方日報