植物大戰(zhàn)重金屬

李秀婷

鎘大米背后，是被重金屬污染的土地。這些土地如何修復(fù)？植物修復(fù)技術(shù)脫穎而出，其中植物提取是目前最有效的方法：利用超富集植物的根系從土壤中吸取重金屬，并將其轉(zhuǎn)移、貯存到植物的地上部分，然后收割地上部分，連續(xù)種植超積累植物即可將土壤中的重金屬降到可接受水平。但最重要的，是在源頭控制住污染。

愈演愈烈的鎘大米危機(jī)，牽出了土地遭重金屬污染的現(xiàn)實。中國水稻研究所與農(nóng)業(yè)部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心2010年發(fā)布的《我國稻米質(zhì)量安全現(xiàn)狀及發(fā)展對策研究》稱，我國1/5的耕地受到了重金屬污染，其中鎘污染的耕地涉及11個省25個地區(qū)。

土壤重金屬污染如看不見的幽靈一般滲透進(jìn)了我們的生活。這些幽靈隱藏在土壤里，它們不僅使作物減產(chǎn)，還沿著植物根系攀緣，侵襲進(jìn)入大米、蔬菜等各種常見的農(nóng)作物，最終到達(dá)人體內(nèi)，如累積到了足以致病的劑量，則會對人類健康造成嚴(yán)重危害。它們分布范圍廣、隱蔽性強(qiáng)，消滅它們是一項費時費力成本高的工程。

經(jīng)過近半個多世紀(jì)的摸索后，科學(xué)家們?nèi)缃裾诮M建一個植物軍團(tuán)，用來抵擋重金屬污染的攻擊，它們是400多種超富集植物，善于從土壤中吸收各種重金屬，對付不同類型的重金屬污染時各有所長。配備了化學(xué)強(qiáng)化或者微生物強(qiáng)化的武器之后，它們的戰(zhàn)斗力更加超群。

但是，礦山廢水、工業(yè)廢水等污染源頭如果沒有得到遏制，重金屬污染的幽靈就不會從大地上撤退，這將是一場永不停歇的戰(zhàn)爭，而人類和植物這一方，將永難獲勝。

方法不少，效果一般

植物修復(fù)技術(shù)是指利用植物的吸收、分解、揮發(fā)或固定土壤重金屬作用，降低重金屬在土壤中的含量和有效態(tài)含量，從而減小重金屬的危害性。

中國科學(xué)院地理所研究院陳同斌曾在接受媒體采訪時稱，我國大多數(shù)城市近郊土壤受到了不同程度的污染，多地糧食、蔬菜、水果等食物中鎘、鉻、砷、鉛等重金屬含量超標(biāo)或接近臨界值。

以各種化學(xué)狀態(tài)或化學(xué)形態(tài)存在的重金屬，在進(jìn)入環(huán)境或生態(tài)系統(tǒng)后就會存留、積累和遷移，造成危害。若它們潛藏在土壤中則更隱蔽，污染暴露的時滯更長，容易被人們忽視，比水污染和大氣污染更危險。

華南理工大學(xué)副校長、工業(yè)聚集區(qū)污染控制與生態(tài)修復(fù)教育部重點實驗室主任黨志介紹，對受到重金屬污染的土地，修復(fù)的方法有很多種，但主要可以分為物理、化學(xué)和生物的方法。而實踐證明單純采用物理和化學(xué)的方法并不實用。

物理的方法是指某個地方的土地污染了，就把這個地方的土地拿走，換上干凈的土。這種方法工程量大、費用高昂，只對局部的企業(yè)用地污染有效，無法解決大面積的耕地污染問題。

化學(xué)的方法是通過改變土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，使得重金屬不能被植物吸收。“只有能溶于水的離子態(tài)和絡(luò)合態(tài)的重金屬才會被植物吸收，我們可以通過加一些化學(xué)物質(zhì)比如石灰來改變土壤的PH值，讓它呈堿性。重金屬和氫氧根離子就能形成沉淀，變得不溶于水，植物就不會吸收了?！秉h志說。但是，植物根部會不斷分泌一些物質(zhì)，這些分泌物大部分是酸性的，時間久了，加進(jìn)土壤里面的堿就被中和掉，不能起作用。而且，也不能一直往土壤里面添加化學(xué)物質(zhì)，會改變土壤的性質(zhì)，作物也難以生長?！盎瘜W(xué)的方法最大的問題是，無論加什么東西，重金屬仍然存在于土壤中，只是限制了它的活性，沒有把它去除。”黨志說。

用植物吃掉重金屬

正因如此，植物修復(fù)技術(shù)在諸多修復(fù)被重金屬污染土地的技術(shù)中脫穎而出，其中植物提取是目前研究最多并且最有前景的方法。

植物提取的核心是戰(zhàn)斗力超強(qiáng)的超富集植物。超富集植物的根系從土壤中吸取重金屬，并將其轉(zhuǎn)移、貯存到植物的地上部分，然后收割地上部分，連續(xù)種植超積累植物即可將土壤中的重金屬降到可接受水平。一般來說，它們在地上部分的重金屬含量能夠達(dá)到普通作物在同等條件下的100倍以上。

事實上，早在1848年科學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)，在一種被命名為“貝托庭芥”的植物葉片里，鎳的含量達(dá)到了7900mg/kg。不過直到1977年，生物學(xué)家布魯克斯（Robert Richard Brooks）才首次提出了“超富集植物”的概念。

黨志介紹，從上個世紀(jì)70年代以后，尤其是80年代，在美國，超級基金（super fund，污染場地管理與修復(fù)基金）開始通過這種生物的方法，對礦山污染、重金屬污染和有機(jī)物污染的土壤進(jìn)行修復(fù)，有了很多成功的案例。

目前，從事利用植物修復(fù)技術(shù)來進(jìn)行土壤污染修復(fù)的研究已經(jīng)在逐漸增多，它們都在尋找更經(jīng)濟(jì)更適宜的超富集植物，并探索植物——化學(xué)和植物——微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。

組建超富集植物軍團(tuán)

研究人員發(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(lán)菜屬是一種鋅和鎘的超積累植物，是超富集植物軍團(tuán)中的“作戰(zhàn)高手”。實驗顯示，遏藍(lán)菜地上部分鋅和鎘含量可分別達(dá)36000mg/kg和1140mg/kg，且地上部分鋅含量高達(dá)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(lán)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(yīng)用在重金屬土壤的修復(fù)工程中。什么樣的植物能夠獲得認(rèn)可加入“超富集植物軍團(tuán)”呢？科學(xué)家們有一套嚴(yán)格的篩選標(biāo)準(zhǔn)。

能用于污染土壤植物修復(fù)的超積累植物必須應(yīng)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(nèi)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(qiáng)等等。

黨志介紹，目前有很多人都在從事利用植物修復(fù)技術(shù)來進(jìn)行土壤污染修復(fù)的研究，尋找篩選更經(jīng)濟(jì)更適宜的超富集植物，并探索植物——化學(xué)和植物——微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。植物種下去以后，只有離子態(tài)的和絡(luò)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(xué)強(qiáng)化聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，通過添加一些化學(xué)物質(zhì)，使得土壤里其他態(tài)體的重金屬轉(zhuǎn)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(fù)技術(shù)。

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(xué)行為與修復(fù)機(jī)理研究”的項目，獲得了廣東省科學(xué)技術(shù)獎自然科學(xué)類一等獎，其中一項研究就是通過種植玉米加上化學(xué)強(qiáng)化來修復(fù)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(jìn)行集中治理，但是這條道路在我國行不通?！秉h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(zhuǎn)向玉米、向日葵、煙葉等經(jīng)濟(jì)作物。

黨志說，當(dāng)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(qiáng)。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(qiáng)，加上化學(xué)強(qiáng)化機(jī)制，在白云區(qū)的蔬菜基地做了實驗，修復(fù)效果不錯?！?/p>

遭遇戰(zhàn)還是持久戰(zhàn)？

土壤修復(fù)的課題大部分是在做已受污染土壤的修復(fù)，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(fù)，這項工作沒有多大的意義。

雖然植物修復(fù)技術(shù)在治理重金屬污染方面是一條經(jīng)濟(jì)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(fù)技術(shù)在重金屬復(fù)合污染土壤治理中的應(yīng)用。

而且植物是活的有機(jī)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(fù)能力。另外，植物根系一般較淺，對淺層土壤污染的修復(fù)最為有效，對深層土壤污染修復(fù)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(fù)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(rèn)為，向重金屬污染土壤開戰(zhàn)，不僅僅是技術(shù)上的問題，更大程度上是社會管理的問題。“土壤修復(fù)和大氣、污水等修復(fù)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(wù)，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?！?/p>

“如果耕地需要讓農(nóng)民出錢來修復(fù)，這絕對是不可能的。找不到誰對污染的土壤負(fù)責(zé)，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)?！秉h志表示，“在現(xiàn)實的國情下，不要說大面積的修復(fù)，連大面積的種植都不可能實現(xiàn)?！?/p>

治本還須從源頭抓起

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(yuǎn)遠(yuǎn)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(fù)的投入力度，成立了很多土壤修復(fù)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(fù)，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(fù)，沒有多大的意義?！秉h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(jìn)行源頭的治理才是治本之道。

他透露，包括廣州在內(nèi)，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(diào)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(fù)的工作了，就不用投那么多錢了?！秉h志說，土壤、大氣、水體三種環(huán)境介質(zhì)中，修復(fù)土壤的費用是最高的，而且效果最慢、最差，一旦被污染，修復(fù)將是一個長期工程。