植物修复案例

拿什么拯救重金属污染土壤

“土壤中毒”不是耸人听闻，而是正在发生的事实。

在广西、云南、湖南等一些受到重金属污染区的土地上，原本正常生长的农作物会被超标的重金属毒死，人们难觅蔬菜和粮食的踪影。随着经济社会的发展，中国的土壤重金属污染日益严重。环保部此前估算的数据显示，全国每年因重金属污染的粮食高达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元。国土资源部也称，目前全国耕种土地面积的10%以上已受重金属污染。

中国科学院地理科学与资源研究所陈同斌研究员告诉记者，因矿产资源采掘不当而使废弃采矿地大量裸露，并通过水流等途径污染农田，造成土壤中的重金属含量严重超标，直接影响到农作物的产量和品质，威胁人类健康。

他说，土壤污染问题的“弱势”,跟其隐蔽性和滞后性有关。大气污染、水污染和废弃物污染等问题一般都比较直观。比较典型的重金属污染物有砷、镉、汞、铬、铅、镍、锌、铜等，尤其是砷中毒的事件，我国每年都有报道。

但土壤的安全，又涉及人们的米袋子、菜篮子，事关人们的生命健康。因此，污染土壤的修复迫在眉睫。

——谁来拯救——

土壤重金属污染是全球面临的一个亟待解决的环境问题，传统污染土壤的修复方法不能从根本上解决问题。陈同斌研究员说，像淋洗法修复土壤，用化学溶剂对受污染土壤进行清洗，把重金属洗去，这是比较彻底的解决办法，但是淋洗法除了耗费巨大和工程量大之外，还存在二次污染的问题。相对来说，借助植物特殊功能修复污染土壤的植物技术以其安全、廉价的特点正成为全世界研究和开发的热点。

陈同斌主持的“重金属污染土壤的植物修复技术”课题小组，在国际上率先开发出砷污染土壤的植物修复技术，并建立了第一个植物修复示范工程。他们的研究证实，蕨类植物蜈蚣草对砷具有很强的超富集功能，其叶片含砷量高达千分之八，大大超过植物体内的氮磷养分含量。

“植物修复可以细分成植物富集、植物稳定、植物阻隔等很多类型。但是目前植物修复的重点方向主要集中在以去除重金属为目的的植物萃取技术。植物修复萃取技术首先需要筛选和培育特种植物，特别是对重金属具有超常规吸收和富集能力的植物——俗称‘超富集植物’，种植在污染的土壤上，让植物把土壤中的污染物吸收起来，再将植物中的重金属元素加以回收利用。”陈同斌说，“大部分植物吸收的重金属都集中在根部，而超富集植物地上部分的吸收量要高于根系的吸收量。能成为超富集植物，一是植物在有毒重金属污染胁迫下生物量不能减少；二是植物吸收的重金属含量应该高于土壤中的含量。这样的超富集植物才具有实用价值，可以推广应用。”

■专家释疑

陈同斌：中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心主任，首席研究员、博士生导师、国家杰出青年基金获得者，是我国植物修复和智能控制生物堆肥领域的主要开创者和学术带头人。在国际上发现第一种砷超富集植物——蜈蚣草，解决了砷污染土壤植物修复的关键技术，并建立示范工程。

疑问一：蜈蚣草怎么发现的？

陈同斌的重金属污染土壤植物修复团队，从1997年开始在全国范围内进行土壤污染状况调查，1999年在中国本土发现了世界上第一种砷的超富集植物——蜈蚣草。

他说，在全国考察重金属污染时，发现最严重的是砷污染。像西南一些地方，有很多矿石含砷量大，对土壤的污染较重。砷是一种有毒的物质，其三价的氧化物俗称“砒霜”，能让接触者患皮肤病或癌症等。而蜈蚣草却能从土壤中大量地把砷等有毒金属吸走。

那么，蜈蚣草是怎么发现的？

“1999年以前，国内的土壤修复大多以国外已发现的超富集植物作为研究材料，如遏蓝菜。我想，在植物资源那么丰富的中国，为什么不能找到更好的超富集植物呢”陈同斌说，湖南石门是盛产雄黄矿的地方，雄黄主要成分是砷。有砷等重金属的地方，那里的植物就有耐重金属的特质，或许能大量吸附重金属。

于是，课题组开始了在雄黄矿寻找这种植物。

在雄黄矿的调查发现，尽管当地土壤的砷含量比普通土壤高数百倍以上，但是仍有少数能够存活下来，并且长得还不错的植物。但是大家还不敢断定，这些植物就是要寻找的能吸收砷的超富集植物，因为不知道这种植物体内的砷含量是多少即使植物体内发现砷，那又是通过根系从土壤中吸收的，还是空气飘落而至的这一切，只能回到北京的实验室，进一步研究才能确定。

“通过多次考察和试验，我们发现并证实，蜈蚣草等几种植物体内的砷就是通过根系从土壤中进入的，且含量还很高，比遏蓝菜具有更好的修复效果。”陈同斌欣慰地说。

这就是神奇的蜈蚣草。

疑问二：蜈蚣草怎么“吃”掉土壤中的砷？

在中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心的六楼实验室里，记者见到一盆盆来自不同地方的蜈蚣草，让人惊叹的是，就是这些不起眼的绿色植物，却有如此神奇的魔力。它是怎样将土壤中的砷吸附在自己体内从而修复土壤、净化环境。

“蜈蚣草是一种通过孢子繁殖的蕨类植物，幼苗育好后，移植到重金属污染的土壤中去就可以了。蜈蚣草将土壤中的重金属，通过根系，吸收到体内，并转移到地上部分。由于它对土地中砷的吸收量比普通植物高很多，一块原本污染得没法种庄稼的土地，蜈蚣草种上几年后，土壤被净化得随你爱种什么了。”陈同斌告诉记者。

为了缩短净化的时间，提高净化率，原本一年割一茬的蜈蚣草，还可以每年割三茬。同时，为了提高土地的利用率，在修复土壤的同时，可将蜈蚣草和一些经济作物套种。在广西，蜈蚣草就和制造工业乙醇的能源甘蔗种在一起。在其他地方，蜈蚣草还能和桑树、苎麻一起套种，为农民带来一定的经济收入。

疑问三：蜈蚣草“吃”了砷咋处理？

几年后，那些完成修复土壤任务的超累积植物咋处理会不会造成二次污染有没有可能回收利用陈同斌告诉记者，真正想提炼和回收利用重金属时，量又很有限，从经济学角度考虑目前不太合算。所以，那些修复植物每年被割掉的地上部分和几年后完成修复土壤任务的整株植物，处理的方法都一样，就是焚烧，再作为危险废弃物集中填埋。焚烧后，重金属的比例就不大了，在允许的范围内。填埋后，它释放的那部分重金属的含量通过再释放已经在环境背景值的水平以下，而在背景值水平以下的重金属，一般不会显示出它的毒性。就像一般的农业土壤，均存在着重金属元素，它们之所以不产生危害是因为处于背景值水平。

“土壤重金属的污染不容忽视，但也不能夸大，一定要实事求是，因为有些地方的污染土壤是可以修复的。”他说，尽管超量积累植物在治理重金属污染土壤方面具有很大的潜力，但在实际中存在一些问题：如自然界中的超量积累植物不仅种属稀少，而且往往有地域分布的局限性。此外，多数超累积植物往往存在生物量小、生长缓慢、气候环境适应性差等问题。因而，寻找筛选和栽培驯化自然界中存在的超累积植物，使其能适用于实际应用，仍然是当前植物修复研究的一项重要任务。

■典型案例