綻放！重金屬之花

英國(guó)皮克區(qū)一片孤零零的舊鉛礦周圍，正在遠(yuǎn)足的貝克（Alan Baker）被眼前密密麻麻的小白花迷住了。他蹲下來(lái)，仔細(xì)地打量它們。按理說(shuō)，在這片被金屬嚴(yán)重污染的土地上，是沒(méi)有植物能存活的。但這些高山漆姑草（spring sandwort）不但沒(méi)有偃旗息鼓的意思，反而長(zhǎng)得朝氣蓬勃。

那是45年前的事情了。正是與這片白花的邂逅，讓貝克對(duì)新的研究方向產(chǎn)生了興趣。當(dāng)年二十出頭的他是倫敦帝國(guó)理工學(xué)院生物學(xué)系的學(xué)生。在那個(gè)時(shí)代，科學(xué)界普遍認(rèn)為金屬和植物是難以共存的。貝克立刻意識(shí)到自己的發(fā)現(xiàn)很有價(jià)值?！拔覐男【蛯?duì)金屬非常著迷，對(duì)環(huán)保我也很感興趣。因此，我在讀博時(shí)選擇了研究植物在富金屬環(huán)境中的生長(zhǎng)。”

植物采礦學(xué)

在1970年代早期，許多國(guó)家因采礦引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)非常嚴(yán)重。有不少研究者在尋找能在富金屬土壤上生長(zhǎng)的草皮，希望用其掩蓋下面的污染問(wèn)題。但貝克不想這樣做，他要找的不是遮羞布，而是能把金屬吸收進(jìn)去，封鎖在葉片中的植物。他覺(jué)得，既然這些植物有這種能力，那干脆就用它們來(lái)“種金屬”吧。

如果用一個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)概括這種做法，應(yīng)該叫植物采礦學(xué)（Phytomining）。許多植物對(duì)金屬是沒(méi)有抵御能力的，如果土地被金屬污染的話，會(huì)嚴(yán)重影響上面農(nóng)作物的生長(zhǎng)。但是，有些植物天生就是吸金高手，它們可以在金屬對(duì)其造成傷害前，先將其吸走，并禁錮在自己體內(nèi)。這些植物也叫“超富集生物”。只要它在干燥以后，每公斤能提取超過(guò)1000毫克金屬，這種植物就能躋身超富集生物的行列。

貝克認(rèn)為，從這些植物上收獲金屬，“不僅能凈化因礦場(chǎng)污染而廢棄的土地，也能滿足全球?qū)τ诮饘偃找婕哟蟮奈缚?，給飛漲的金屬價(jià)格踩踩剎車?！痹诖笪餮蟮牧硪活^，農(nóng)學(xué)家錢尼（Rufus Chaney）跟貝克心有靈犀。錢尼當(dāng)時(shí)在美國(guó)農(nóng)業(yè)部 （USDA）工作，專門研究礦區(qū)和工廠土地的植物凈化法。

錢尼先用一些農(nóng)作物（比如玉米）做過(guò)實(shí)驗(yàn)，不是很成功，于是埋頭科學(xué)文獻(xiàn)中，希望找到一些靈感。地球化學(xué)家布魯克斯（Robert Brooks）和同事里福斯（Roger Reeves）的研究報(bào)告引起了錢尼的注意。這兩位知名科學(xué)家在太平洋新咯里多尼亞島上發(fā)現(xiàn)了一些植物，有非常強(qiáng)的鎳吸附能力。錢尼立刻想到，應(yīng)該從這類熱愛(ài)“吸金”的植物身上入手。

1979年，錢尼在洛杉磯的研討會(huì)上介紹了自己的想法，并提出了植物采礦學(xué)的概念。坐在聽眾席里的貝克非常興奮。會(huì)后，兩人舉著啤酒杯，暢談對(duì)“吸金植物”的看法，并決定合作。之后，錢尼在美國(guó)繼續(xù)他的研究，貝克則全球穿梭，像個(gè)獵人一般追蹤對(duì)金屬有超強(qiáng)吸附力的植物。

貝克的運(yùn)氣不錯(cuò)，不論到哪里，他都有新的收獲。在菲律賓巴拉忘島時(shí)，他在一棵灌木上絆了一跤，發(fā)現(xiàn)這棵植物很特別?！八L(zhǎng)的土壤中，鎳含量不是一般的高。我們將這棵灌木的莖干砍了下來(lái)，亮綠色的汁液立刻噴涌而出?！苯?jīng)過(guò)測(cè)試，樹液里的鎳含量高達(dá)9%。貝克的團(tuán)隊(duì)將這棵戰(zhàn)利品取名菲律賓油柑（Phyllanthus balgooyi），并帶了回去。

麻煩的專利

1992年，錢尼覺(jué)得植物采礦術(shù)已經(jīng)到了成熟階段，可以在商業(yè)市場(chǎng)上實(shí)施并獲利了。他和貝克找到了馬里蘭大學(xué)帕克分校的安格（Scott Angle）、美國(guó)農(nóng)業(yè)部的植物育種家李燕鳴（Yin-Ming Li），還有一家名為Viridian Environmental（下稱VE）的家族企業(yè)的贊助，開始研究推廣模式。VE公司是由休斯頓的內(nèi)爾金律師家族所擁有的，他們負(fù)責(zé)為大范圍的試驗(yàn)掏腰包，作為回報(bào)，試驗(yàn)取得的技術(shù)和專利都?xì)w他們所有。這也為植物采礦法后來(lái)發(fā)展時(shí)遇到的阻礙埋下了伏筆。

他們的操作思路其實(shí)并不復(fù)雜：先定位金屬富集的地塊，種植能大量吸取該金屬，并將其濃縮在枝葉里的植物，然后收割。只要將收割的植物放進(jìn)熔爐或提煉廠中燃燒，變成灰燼，便可以提取該金屬了。提取的方法正是最有技術(shù)含量的部分：如何用最經(jīng)濟(jì)的手段盡可能多地提取該金屬，只有擁有專利的人才知道。

到目前為止，有幾種金屬用植物采礦法提取是有利可圖的，比如鎳、鈷、鉈和黃金。其中，提取鎳的經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高。鎳是我們生活中極為常見(jiàn)的一種金屬，不銹鋼、電池、硬幣等都離不開它。污染土壤的鎳，主要?dú)w功于農(nóng)田施肥和工業(yè)廢水。比如，電鍍廠將廢水直接排入江河或滲入地下水后，農(nóng)民用這些水灌溉就會(huì)將鎳帶入土壤。它的濃度達(dá)到一定量時(shí)，會(huì)影響番茄、馬鈴薯和水稻等的長(zhǎng)勢(shì)，而綠色蔬菜和煙草中會(huì)有大量的鎳殘留。

能吸取鎳的超富集植物，目前發(fā)現(xiàn)的已經(jīng)有近400種。其中堪稱勞模的是黃庭薺（yellow alyssums）。這是一種四季常青的灌木，原產(chǎn)于土耳其和東南歐洲的巴爾干山脈。它們?nèi)~子中的鎳含量高得能直接毒死動(dòng)物。

1996年，貝克的團(tuán)隊(duì)收集了庭薺類植物的種子，跟俄勒岡州大學(xué)的羅斯伯格（Richard Roseberg）、沃爾克（Van Volk）一道，將它們種在美國(guó)南俄勒岡州的一片高鎳試驗(yàn)田里。為了讓黃庭薺吸收更多的鎳，他們用化肥調(diào)整了土壤中的其他元素，并用除草劑來(lái)控制雜草。

試驗(yàn)很成功，這吸引了加拿大Inco礦業(yè)公司的眼球。當(dāng)時(shí)，加拿大安大略省政府命令I(lǐng)nco公司將鎳冶煉廠污染的土地清理干凈，Inco立刻找上門來(lái)，請(qǐng)VE公司派人去科爾本港的冶煉廠上進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)選取了十字花科的Alyssum murale和 Alyssum corsicum兩種庭薺。第一年，糟糕的土地排水讓它們?cè)馐芰苏婢腥?，庭薺大面積陣亡。研究者們改進(jìn)了排水系統(tǒng)后，獲得了很好的收成，土壤的污染問(wèn)題果然改善了。

那么，從收割下來(lái)的庭薺中能提取多少鎳呢？Inco公司將VE提供的500公斤庭薺灰，放進(jìn)自己的冶煉廠里，只用幾分鐘時(shí)間就成功提煉出了100公斤的純鎳！

“這證明了植物采鎳法在商業(yè)上是完全可行的！”錢尼和同事們大受鼓舞，“只要土壤中鎳含量達(dá)到0.1%，用植物提取法就可以盈利了。而傳統(tǒng)采礦業(yè)中，礦石中的鎳含量至少要達(dá)到1%-1.5%才行。”

眼看銀子就要滾滾而來(lái)時(shí)，VE公司卻鬼使神差地拒之門外。2004年，Inco公司希望擴(kuò)大合作范圍，遭到了拒絕?！八麄冋贾约旱膶＠?，等著Inco公司的兩年合約滿后，就啥也不干了。”錢尼抱怨。如今，VE公司似乎沒(méi)有在植物采礦法的商業(yè)開發(fā)上再邁進(jìn)一步。是公司內(nèi)部出現(xiàn)了分歧嗎？是這項(xiàng)技術(shù)本身有硬傷？還是商業(yè)推廣的條件仍不成熟？沒(méi)人能透露背后原因。直到截稿為止，該公司也沒(méi)有回復(fù)《南都周刊》記者的提問(wèn)。

搖錢樹

幸好，關(guān)于植物采礦法的研究還是可以繼續(xù)的。只要不用于商業(yè)目的，采用這種方法提取金屬并沒(méi)有觸犯專利權(quán)的。而當(dāng)2015年這項(xiàng)專利到期后，也許靠植物采礦法提取鎳的工廠會(huì)蓬勃發(fā)展起來(lái)。

原因很簡(jiǎn)單，全球的高品位鎳礦一直在減少，而經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇帶來(lái)的鎳需求卻是胃口很大的。如今，采鎳業(yè)已經(jīng)開始向熱帶地區(qū)進(jìn)軍，比如菲律賓、印尼、巴黎、馬達(dá)加斯加和新咯里多尼亞等地。不幸的是，這些地方的鎳礦通常被厚厚的熱帶雨林覆蓋著。如果要將其開采出來(lái)，必須砍去所有的植物，挖出厚厚的土壤。

“更糟糕的是，這些鎳礦的品位并不高，鎳含量比較低，所以每年要開挖的土地是非常多的?！卑闹蘩ナ刻m大學(xué)的環(huán)境科學(xué)家范德恩（Antony van der Ent）說(shuō)。

可想而知，采礦業(yè)對(duì)環(huán)境造成的打擊是致命的。由于當(dāng)?shù)赝寥婪识炔桓?，?fù)植綠化的成功率也很低，一般只能靠施加大量化肥，將原生和外來(lái)的植物混在一起種植。在印尼，范德恩和同事與很多農(nóng)民交談過(guò)。這些農(nóng)民都過(guò)著貧困的生活，莊稼在鎳污染嚴(yán)重的土地上長(zhǎng)得并不好，所以他們只能到熱帶雨林中，靠砍伐焚燒植物的方法開墾出新農(nóng)田。

范德恩認(rèn)為，種植超富集植物會(huì)是很好的替代方案。它們一方面在富含錳、鐵和鎳的土壤上欣欣向榮，另一方面又能提煉出金屬，給當(dāng)?shù)厝艘恍┙?jīng)濟(jì)回報(bào)，也能挽救部分熱帶雨林。為了尋找更多適合熱帶的超富集植物，范德恩一直在婆羅洲的叢林中穿梭。他將采集回來(lái)的標(biāo)本用液氮保存起來(lái)，帶到日本，用最先進(jìn)的X射線源同步回旋加速器進(jìn)行分析，試圖解析里面的鎳的化學(xué)形態(tài)。

阿爾巴尼亞的巴尼（Aida Bani）也在做類似的事情。她是阿爾巴尼亞地拉那農(nóng)業(yè)大學(xué)的學(xué)者，每年7月收獲季節(jié)，她就會(huì)采集足夠的庭薺類植物，帶到法國(guó)洛林大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室去分析。在阿爾巴尼亞首都地拉那附近，有著不少受鎳污染的農(nóng)田。與其他地方不同的是，那里本來(lái)就生長(zhǎng)著大量庭薺類植物，只是幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，農(nóng)民們都把它們當(dāng)野草，對(duì)其趕盡殺絕。如今，法國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)給農(nóng)民們一筆錢，讓他們什么都不用干，只要對(duì)庭薺們睜只眼閉只眼，再將它們收割下來(lái)每年交給巴尼就行了。

這項(xiàng)計(jì)劃已經(jīng)進(jìn)行了五年，進(jìn)展很不錯(cuò)?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，每公頃土地上能提取的鎳已經(jīng)從22.6公斤上升到了105公斤?！卑湍峤榻B。她們成功的秘訣在于使用適當(dāng)?shù)幕剩⒂贸輨┛刂谱∑渌安?。可惜的是，由于VE公司持有專利，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民還無(wú)法靠提取的鎳獲得商業(yè)回報(bào)。

如今，在法國(guó)政府的部分資助下，洛林大學(xué)已經(jīng)啟動(dòng)了一項(xiàng)名為Econick的植物采礦計(jì)劃，并瞄準(zhǔn)了不少潛在的合作伙伴，比如法國(guó)的Soléo Services公司，后者希望在工業(yè)廢料上用植物來(lái)提取鎳。在印尼，法國(guó)礦業(yè)巨頭埃赫曼同樣在考慮用植物采礦法恢復(fù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)。巴西政府農(nóng)業(yè)研究所的安德拉德（Leide de Andrade）也透露，他們已經(jīng)在巴西北部的礦區(qū)識(shí)別出了一百多種超富集植物，其中8%是非常有商業(yè)潛力的。

錢尼做夢(mèng)都盼著這項(xiàng)專利早日到期。他希望其他礦業(yè)公司如Vale會(huì)接手這項(xiàng)技術(shù)，并將其推出市場(chǎng)?！拔腋闹薜暮脦准覠捊鸸敬蜻^(guò)交道，它們最初對(duì)植物采礦法都非常感興趣。但是，由于專利的事，最終還是不了了之?！痹谒磥?lái)，大多數(shù)采礦公司都是相對(duì)保守的。要說(shuō)服它們采用植物采礦法并不容易，除非看到了實(shí)實(shí)在在的好處。

植物煉金術(shù)

既然不少金屬都能被植物吸收，然后提取出來(lái)，用這種方法來(lái)提取黃金行不行呢？很可惜，黃金目前還沒(méi)有對(duì)應(yīng)的超富集植物，因?yàn)樗ǔ２蝗苡谒?，植物無(wú)法通過(guò)根系來(lái)吸收它。

但是，在特定的化學(xué)環(huán)境下，金也能產(chǎn)生一定的可溶性，這是新西蘭梅西大學(xué)的環(huán)境地理化學(xué)家安德森（Chris Anderson）發(fā)現(xiàn)的。他與幾位別國(guó)的專家一起，正致力于尋找能“種金子”的植物。

安德森在十五年前就嘗試過(guò)讓植物吸收黃金的實(shí)驗(yàn)：

先尋找能快速生長(zhǎng)，并擁有大量地表葉子的植物，比如芥菜、向日葵或煙草，將它們種植在含黃金的土壤中。舊金礦旁的廢料堆通常是理想的種植點(diǎn)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)采金法不可能百分百地將黃金淘出，可能會(huì)在周圍留有殘余。一旦植物長(zhǎng)到最高時(shí)，用特殊的化學(xué)法將土壤中的黃金溶化，金離子便能借助植物的蒸騰作用，從根系隨著水分被吸收進(jìn)植物內(nèi)部，貯存在里面了。

“植物中的金是以納米粒子形式存在的，”安德森認(rèn)為，“在一些需要用納米金粒子做觸媒的化學(xué)工業(yè)，這種提取法會(huì)比較有市場(chǎng)?！?/p>

但是，把金離子弄進(jìn)植物里還算簡(jiǎn)單，提取出來(lái)就不那么容易了。如果將植物焚燒，一些金會(huì)附著在灰燼上消失，這樣會(huì)帶來(lái)不少損耗。而且，要將附在灰燼中的黃金提取出來(lái)，需要大量的強(qiáng)酸，其運(yùn)輸和操作過(guò)程都很危險(xiǎn)。

“植物采金法法似乎不可能取代傳統(tǒng)淘金，它的價(jià)值更多在于修復(fù)采金業(yè)帶來(lái)的環(huán)境破壞?！卑驳律忉?。使黃金溶化的化學(xué)物質(zhì)，同樣也能促進(jìn)植物吸收土壤中其他金屬，比如汞、砷和銅。也就是說(shuō)，在采用植物采金法的同時(shí)，也能凈化這些對(duì)環(huán)境有害的金屬。

目前，安德森正和印尼的研究者合作，向當(dāng)?shù)氐奶越鹦∽鞣煌茝V這種植物采金法，以便減少淘金過(guò)程中造成的汞污染。

然而，科學(xué)界對(duì)這種采金法還有爭(zhēng)議。一些人懷疑它提取的黃金純度是否理想，也有人認(rèn)為它本身同樣對(duì)環(huán)境造成危害。比如，用來(lái)讓金溶解的化學(xué)物質(zhì)中包含氰化物和硫氰酸鹽（傳統(tǒng)采金業(yè)也會(huì)使用它們來(lái)讓黃金從礦巖中濾出），它們本身是毒性很強(qiáng)的物質(zhì)。另一些人則反駁，硫代硫酸鈉也能使金溶化，只是效果差一些而已，但它不會(huì)造成那么大的環(huán)境問(wèn)題。