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小身體大能量 蜈蚣草成土壤“吸金”利器


不久前舉行的國家“十二五”科技創新成就展上,一種叫做“蜈蚣草”的植物給人們留下了深刻印象。它是中科院地理所環境修復中心陳同斌研究員經過大量野外篩查和試驗驗證后發現的“寶貝”,種植、收割這種超量富集重金屬的特異植物,每年可帶走土壤10%至18%的重金屬,3年內即可使輕微污染的農田恢復到國家土壤環境質量標準允許的水平。

在土壤污染形勢日益嚴峻的今天,這么有價值的發現如何實現從工程應用到產業化的發展?剛剛出臺的《土壤污染防治行動計劃》對像“蜈蚣草”這樣的土壤修復技將會產生什么樣的影響?

“吸毒神器”的前世今生

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,是當今頗受關注的植物修復技術。

早年,陳同斌將研究目標鎖定在砷,一方面,由于我國有色金屬礦產資源豐富,砷的儲量占世界范圍的70%,礦山開采和冶煉容易造成砷污染;另一方面,國際上報道重金屬超富集植物有300種,但并沒有發現砷的超富集植物。

結合地理學、地球化學、植物學、土壤學、生態學等多學科交叉知識,陳同斌判斷,在我國南方地區有可能存在能夠大量富集砷的超富集植物。他們通過兩年多的大量植物采集、室內分析和盆栽試驗,對2000多個礦區植物樣本的砷吸收、富集和轉運能力等進行了篩選?!   ?999年,陳同斌課題組發現了世界上第一種砷的超富集植物——蜈蚣草,其砷富集能力是普通植物的20萬倍。2002年2月,《砷超富集植物蜈蚣草及其對砷的富集特征》一文在國內某著名期刊以封面論文形式發表,被該刊評價為“推動植物修復領域迅速發展的里程碑”?!   ?001年,在國家“863”計劃、“973”前期專項和國家自然科學基金重點項目的支持下,陳同斌帶領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5年后,土壤砷平均含量達到《土壤環境質量標準》(GB15618—1995)的要求,修復后農田可以安全地種植普通農作物。

由此發端,經過近20年土壤修復領域的研發,陳同斌團隊根據污染程度建立了一系列修復技術,包括植物萃取技術、活化劑強化植物萃取技術、植物阻隔技術、鈍化技術以及超富集植物—經濟作物間作技術。伴隨砷污染土壤植物修復技術的研發,其應用逐漸推廣到云南、廣西、河南、河北和四川等10個省份的砷、鎘污染耕地修復,開創了環境科學領域的一個新方向,為土壤污染修復產業的發展打下了基礎?!    爸挝劾鳌变h芒乍現

蜈蚣草的研究與工程化應用是我國土壤修復技術及產業發展的一個縮影。我國從“十五”期間開始研發土壤污染治理與修復技術,特別是“十二五”以來,在重金屬污染防治專項資金支持下,初步建立了針對不同土壤污染物、污染程度、土地利用類型等的土壤污染治理與修復技術,它們的發展路徑與蜈蚣草的研發與應用相仿。

找到了“吸毒神器”并不意味著就能成“治污利器”

蜈蚣草在中國有廣泛的自然分布。一開始,包括陳同斌在內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。陳同斌他們隨即在蜈蚣草育苗參數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,并不斷降低其育苗成本。

如何處置含有高濃度砷的蜈蚣草收獲物是另外一個難題。為此,陳同斌團隊建立了一套超富集植物安全焚燒設備,焚燒之后超富集植物收獲物能夠減容95%左右。此后他們又研發了在焚燒過程中添加固定劑的技術,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。

近年來,一批像“蜈蚣草”這樣的土壤修復技術進入工程示范階段,一批自主研發和國外引進的技術設備和修復材料也開始進入試驗階段,一批耕地土壤污染治理與修復試點項目和污染地塊修復工程項目開始啟動。與此同時,從事土壤污染治理與修復的咨詢機構、專業修復和配套服務企業的數量急劇增加,土壤修復產業和市場得到了迅速發展。

數據顯示,土壤污染治理與修復企業從2010年的10多家增加到近1000家,從業人員從約2000人增加到近1萬人;項目數量累計達300多項??傮w來看,在技術儲備、人員隊伍等方面,基本具備產業發展的基礎。

總體上看,土壤污染治理與修復技術研發和工程化應用落后于發達國家和地區?!杯h保部南京環科所林玉鎖說,相對于國外土壤修復已有40年至50年的歷史而言,我國土壤修復技術研發和工程化應用只有短短10多年時間,目前大多還處于起步階段。

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