讓土地不再沉重——中科院地理所陳同斌研究員談土壤重金屬污染及修復(fù)

2002年，農(nóng)業(yè)部曾對(duì)全國(guó)市場(chǎng)的稻米進(jìn)行安全性抽檢，結(jié)果顯示，受檢稻米中鉛含量超標(biāo)率28.4％，鎘含量超標(biāo)率10.3％。2007年，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教授潘根興和他的研究團(tuán)隊(duì)抽查檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，10％左右的市售大米鎘含量超標(biāo)。

在土壤污染造成的惡果中，大米鎘污染僅僅是其中的一方面而已。在食物鏈所延伸的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，可能都有土壤污染的影子。因?yàn)橥寥牢廴镜奶厥庑�，其污染范圍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出稻米，也不僅僅限于鎘，其他重金屬的危害同樣不容忽視。

面對(duì)土壤污染乃至由此引發(fā)的食品安全問(wèn)題，我們?cè)撛趺崔k？有沒(méi)有什么辦法可以徹底解決這一問(wèn)題？前不久，就此話題，本刊對(duì)中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陳同斌研究員進(jìn)行了專(zhuān)訪。

看不見(jiàn)的污染

問(wèn)：目前，我國(guó)土壤污染，特別是重金屬帶來(lái)的土壤污染情況如何？有沒(méi)有這方面的權(quán)威調(diào)查數(shù)據(jù)？這些數(shù)據(jù)反映了哪些問(wèn)題？

答：我國(guó)首次全國(guó)土壤污染調(diào)查已基本結(jié)束，目前正在進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總分析，調(diào)查結(jié)果應(yīng)該會(huì)適時(shí)向社會(huì)公布。根據(jù)目前掌握的情況看，我國(guó)土壤污染狀況總體上比較嚴(yán)峻。就重金屬污染而言，南方礦區(qū)周邊土壤重金屬污染較為嚴(yán)重，僅礦區(qū)污染土壤就達(dá)200萬(wàn)平方米，且多為砷、鉛、鎘、鋅等多金屬?gòu)?fù)合污染；部分區(qū)域還存在嚴(yán)重的酸污染，進(jìn)一步加劇了重金屬對(duì)環(huán)境和生物的不良影響。

從自然地理分布看，我國(guó)西南地區(qū)污染情況更嚴(yán)重些。其中的原因是，西南部地區(qū)礦產(chǎn)多，占有量大，被開(kāi)發(fā)后，由于西南地勢(shì)高，臺(tái)地多，坡度陡，下場(chǎng)雨，污染物就全被沖走了。在西南地區(qū)，重金屬—尤其是砷帶來(lái)的土壤污染情況，比較嚴(yán)重。

問(wèn)：土壤污染對(duì)人類(lèi)和其他生物會(huì)帶來(lái)哪些危害？

答：國(guó)際上，也經(jīng)過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間才注意到土壤污染這一環(huán)境公害的。因?yàn)橥寥绬?wèn)題看不見(jiàn)、摸不著，誰(shuí)能知道哪塊土壤有問(wèn)題，哪塊沒(méi)問(wèn)題？農(nóng)民不知道，普通消費(fèi)者不知道，即使是科學(xué)家，抓起一把土，僅憑目測(cè)，也不清楚；甚至通過(guò)實(shí)驗(yàn)室分析，都不一定能準(zhǔn)確地判斷其是否存在污染問(wèn)題。

不同于有機(jī)物，重金屬不能被生物所降解，可以在環(huán)境中長(zhǎng)期殘留，從而大大降低了土壤的利用價(jià)值，而且還會(huì)通過(guò)食物鏈最終進(jìn)入人體，對(duì)人類(lèi)健康造成危害。

土壤污染給人類(lèi)和其他生物帶來(lái)的危害，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，土壤污染使原本緊張的耕地資源日趨短缺。我國(guó)18億畝耕地紅線已受到嚴(yán)重的沖擊；而且，這種沖擊尚未出現(xiàn)減緩的跡象。

第二，土壤污染是造成其他環(huán)境污染的重要原因。土壤污染物隨地表徑流和土層遷移，從而導(dǎo)致地表水和地下水受到污染，而且還可能造成新的土壤污染，部分有機(jī)污染物還會(huì)因揮發(fā)導(dǎo)致大氣污染。

第三，土壤污染給人們的身體健康帶來(lái)極大的直接或間接威脅。土壤污染物通過(guò)食物、飲水、大氣灰塵等途徑進(jìn)入人體并威脅到人們的健康；其中，食物是最主要的途徑。

第四，土壤污染對(duì)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展影響巨大。土壤污染導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量下降，甚至絕收。同時(shí)，由于從土壤中吸收了污染物，農(nóng)產(chǎn)品中的污染物超標(biāo)嚴(yán)重，部分污染區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品可能不再適于食用。

問(wèn)：土壤污染的種類(lèi)有哪些？

答：從污染物的屬性來(lái)看，土壤污染的類(lèi)型一般可分為有機(jī)污染、無(wú)機(jī)污染、生物污染與放射性污染。

有機(jī)污染，主要包括有機(jī)廢棄物（工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活廢棄物中生物易降解與生物難降解有機(jī)毒物）、農(nóng)藥等污染。

無(wú)機(jī)污染，主要包括采礦、冶煉等行業(yè)產(chǎn)生的無(wú)機(jī)污染物，砷、鉛、汞、鎘等重金屬，包括有害的元素氧化物、酸、堿與鹽類(lèi)等。在某些城市郊區(qū)，生活垃圾的長(zhǎng)期堆置，也是導(dǎo)致土壤污染的原因。

土壤生物污染，是指未經(jīng)處理的糞便、垃圾、傳染病醫(yī)院生活污水等外界有害生物種群造成的污染。

土壤放射性污染，指的是放射性核素污染物對(duì)土壤的污染。施用含有放射性核素的磷肥與使用被放射性核素污染的河水灌溉農(nóng)田也會(huì)造成土壤放射性污染。

這些污染中，重金屬污染和有機(jī)污染較為普遍。

問(wèn)：有什么辦法可以規(guī)避土壤重金屬污染？

答：更換適宜的農(nóng)作物品種，可以在一定程度上規(guī)避這種風(fēng)險(xiǎn)。比如，在被污染土地種植一些不太容易吸收重金屬的作物類(lèi)型或品種。這也是規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的一種低成本做法。植物的特性決定了某些植物容易吸收某種重金屬。在同等情況下，水稻中的鎘含量通常高于其他農(nóng)作物。除了環(huán)境因素外，水稻本身就容易吸收鎘，而且土壤鎘污染的臨界值定得太低，也是導(dǎo)致我國(guó)土壤鎘超標(biāo)問(wèn)題比較突出的重要因素。后面這些因素人們很少了解，因此導(dǎo)致不少公眾對(duì)鎘污染問(wèn)題存在一些理解上的偏差。

給土壤消毒

問(wèn)：土壤一旦受到重金屬污染，應(yīng)該如何加以治理？治理難點(diǎn)在哪里？具體方法有哪些？

答：土壤一旦被重金屬污染，治理將是一件十分困難和代價(jià)昂貴的工作。曾有國(guó)外專(zhuān)家估計(jì)，靠挖掘與掩埋等方法來(lái)解決重金屬污染土壤問(wèn)題，平均每英畝土地至少需要10萬(wàn)美元。

對(duì)于水污染、大氣污染，防治起來(lái)相對(duì)容易，只要控制住源頭就行。但土壤污染不是這樣。有些地方，你可能知道土壤污染源是誰(shuí)，但更多地方是多個(gè)因素綜合作用的結(jié)果，很難找到確切污染源。來(lái)源都分不清楚，所以管理和治理起來(lái)更困難。

根據(jù)污染物種類(lèi)、污染程度和污染面積的差異，修復(fù)時(shí)采用的方法也不盡相同，主要包括植物修復(fù)法、微生物修復(fù)法和化學(xué)修復(fù)法等。事實(shí)上，在實(shí)際應(yīng)用中，人們往往需要多種修復(fù)技術(shù)并用，并輔以適當(dāng)?shù)墓こ檀胧��?/div>

直到現(xiàn)在，國(guó)際上也沒(méi)有非常好的、在各種情況下都能適用的“萬(wàn)能”修復(fù)技術(shù)。

像重金屬這類(lèi)污染，它遵循質(zhì)量守恒定律，在自然界中永遠(yuǎn)存在，你無(wú)非是把它從土壤中弄到大氣中或別的地方。用微生物或別的方法處理都不太行。

相比而言，利用植物來(lái)修復(fù)被污染的土壤，是個(gè)非常有前景的選擇，具有費(fèi)用低廉，不破壞場(chǎng)地結(jié)構(gòu)，不造成地下水二次污染，可以美化環(huán)境，易于為社會(huì)接受等優(yōu)點(diǎn)。該思路自1983年被首次提出后，如今已成為環(huán)境科學(xué)的熱點(diǎn)。

問(wèn)：植物是如何修復(fù)土壤重金屬污染的？修復(fù)關(guān)鍵是什么？

答：植物去除重金屬的途徑主要有三種：

一是植物固定修復(fù)。利用植物及一些添加物使環(huán)境中的重金屬流動(dòng)性降低，進(jìn)而減輕重金屬對(duì)環(huán)境的二次污染。

二是植物阻隔修復(fù)，利用植物拒絕吸收重金屬的生物學(xué)特性，使土壤中的重金屬被“阻隔”在土壤中而不進(jìn)入食物鏈，相當(dāng)于在土壤與農(nóng)產(chǎn)品之間建立了一堵“阻隔墻”，從而能夠獲得干凈、安全的農(nóng)產(chǎn)品。

三是植物萃取修復(fù)，這也是目前研究最多且最有發(fā)展前景的一種方法。它是利用能耐受并能積累重金屬的植物來(lái)過(guò)量吸收環(huán)境中的重金屬離子，并將它們輸送和貯存到植物體的地上部分。

美國(guó)能源部認(rèn)為，能用于重金屬污染修復(fù)的植物應(yīng)具有以下一些特點(diǎn)：首先，即使在重金屬含量很低時(shí)也具有較高的積累速率；其次，能在體內(nèi)大量富集重金屬；第三，最好是能同時(shí)富集幾種重金屬；第四，生長(zhǎng)快，生物量大；第五，具有抗蟲(chóng)抗病能力。

植物修復(fù)的前提和關(guān)鍵在于篩選具有超富集能力的植物種類(lèi)。絕大部分植物吸收重金屬的能力都較小，一般的富集植物也不行，必須是富集能力很強(qiáng)、生物量較大的超富集植物才具有應(yīng)用價(jià)值。植物和其他生物一樣，在進(jìn)化過(guò)程中，都不愿意吸收這些有毒物質(zhì)，它們會(huì)規(guī)避。所以，普通植物在植物萃取修復(fù)方面是沒(méi)有價(jià)值的。

植物清潔工

問(wèn)：談到植物修復(fù)，不能不提蜈蚣草。蜈蚣草是怎么被發(fā)現(xiàn)的？它是種什么植物？除了蜈蚣草，還有哪些植物可以用來(lái)進(jìn)行土壤污染修復(fù)？

答：1998～1999年，我們?cè)诤�南石門(mén)和郴州一帶開(kāi)展超富集植物篩選的野外調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)：在一些砷污染比較嚴(yán)重的土地上，大部分植物已經(jīng)死亡，唯獨(dú)蜈蚣草安然無(wú)恙。經(jīng)采樣分析和室內(nèi)栽培試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)蜈蚣草對(duì)砷具有非常強(qiáng)的吸收能力，達(dá)到普通植物的10萬(wàn)乃至20萬(wàn)倍。可喜的是，后來(lái)的試驗(yàn)又進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，蜈蚣草對(duì)鉛、鎘等重金屬也有很強(qiáng)的吸收能力。這一重要發(fā)現(xiàn)為我國(guó)砷、鉛等多金屬污染土壤修復(fù)開(kāi)辟了一條全新的途徑，也奠定了我國(guó)土壤修復(fù)領(lǐng)域的發(fā)展基礎(chǔ)。

蜈蚣草是侏羅紀(jì)時(shí)代的一種古老的多年生蕨類(lèi)植物，它與恐龍同時(shí)代，生長(zhǎng)的環(huán)境很特殊，它以孢子繁殖，根系非常發(fā)達(dá)，一年內(nèi)可刈割多次，治理成本非常低。

后來(lái)，我們又發(fā)現(xiàn)了大葉井口邊草。與蜈蚣草一樣，它不但富集砷，耐砷毒能力也極強(qiáng)。

問(wèn)：國(guó)外也有超富集植物，為何沒(méi)有從國(guó)外直接引進(jìn)而是在本土尋找呢？

答：國(guó)外當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)了300多種超富集植物，但實(shí)際情況并非如此。一些研究人員往往從標(biāo)本館中取樣分析，標(biāo)本中銅的含量很高—標(biāo)本殺菌往往使用銅。所得的通常是一種錯(cuò)誤結(jié)論。

植物都有其適宜的生長(zhǎng)地和環(huán)境要求，把國(guó)外植物拿到國(guó)內(nèi)未必合適。國(guó)內(nèi)確實(shí)有人在做引種遏藍(lán)菜等超富集植物，但不成功。

此外，引種植物也存在生物入侵的風(fēng)險(xiǎn)，以及物候問(wèn)題。

我們覺(jué)得還是要有自己獨(dú)立篩選的本土的超富集植物。我國(guó)的砷污染問(wèn)題比較嚴(yán)重，但是當(dāng)時(shí)國(guó)際上也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)砷的超富集植物。為了解決我國(guó)面臨的嚴(yán)重砷污染問(wèn)題，于是我們干脆就自己獨(dú)立尋找超富集植物。

我國(guó)疆土遼闊，完全有條件找到適合的植物。我們最終也找到了10多種超富集植物。

問(wèn)：目前都有哪些成功的修復(fù)案例？

答：2002年，我們?cè)诤�南郴州建立了�?guó)際上第一個(gè)砷污染土壤的植物修復(fù)工程，并相繼在廣西河池、云南個(gè)舊和會(huì)澤、北京房山等地建立了重金屬污染修復(fù)示范工程，總面積達(dá)600畝。

經(jīng)過(guò)6年的修復(fù)工作，目前湖南郴州示范工程中土壤的砷含量已由超標(biāo)50％以上降到安全范圍，土地已交付給農(nóng)民耕作。

2001年，廣西環(huán)江縣因受特大洪水影響，致使大環(huán)江河上游尾礦重金屬被洪水沖入河中，近萬(wàn)畝農(nóng)田絕收或嚴(yán)重減產(chǎn)。由于嚴(yán)重的土壤酸化和重金屬污染，有的農(nóng)田甚至寸草不生。分析結(jié)果表明，原水稻土壤受砷、鎘、鉛等重金屬污染較為嚴(yán)重，水稻土壤砷含量平均為50毫克/千克，是背景土地的4倍以上，水稻土壤鉛平均濃度為背景土壤的10倍以上。

2005年，我們?cè)诃h(huán)江縣建立了試驗(yàn)示范基地；2007年，污染土地示范工程面積達(dá)100畝。目前已基本解決在絕收土壤上種植植物的問(wèn)題，并采用蜈蚣草-桑葉、蜈蚣草-甘蔗和蜈蚣草-苧麻等間作模式，基本實(shí)現(xiàn)邊修復(fù)邊生產(chǎn)的目的，在污染土壤得到逐步修復(fù)的同時(shí)，農(nóng)民也有較好的經(jīng)濟(jì)收入。目前，在環(huán)江大規(guī)模推廣應(yīng)用污染土地修復(fù)技術(shù)的基本條件已基本具備，財(cái)政部和環(huán)保部已投入2450萬(wàn)元，支持我們開(kāi)展全國(guó)性的大規(guī)模植物修復(fù)工程示范。

云南個(gè)舊是聞名世界的錫都，也是我國(guó)著名的工礦城市。由于長(zhǎng)期的采、選、冶活動(dòng)，當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，由此引發(fā)的水、土壤重金屬污染問(wèn)題十分突出。

2005年9月，我們與當(dāng)?shù)夭块T(mén)合作，利用植物修復(fù)技術(shù)，建立云錫礦區(qū)污染土地植物修復(fù)技術(shù)示范基地，工程化修復(fù)面積300畝，經(jīng)過(guò)3年的試驗(yàn)和示范推廣，課題組提出了超富集植物治理鉛-砷污染土壤和蜈蚣草-甘蔗間作等污染土地安全農(nóng)用模式。示范區(qū)土地中各種有效態(tài)重金屬含量已大幅下降，生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品能達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

問(wèn)：收獲后的超富集植物需要進(jìn)行特別處理嗎？這些植物的歸宿是哪里？

答：修復(fù)過(guò)程中，蜈蚣草每年要刈割兩三次，每公頃收獲物可達(dá)10噸，其中砷含量高達(dá)1000～1400毫克/千克，鉛、鎘含量也相當(dāng)高。因此，妥善處理尤顯重要。目前，我們的處理方法是進(jìn)行安全焚燒，對(duì)燃燒灰分進(jìn)行貴金屬提取，以實(shí)現(xiàn)資源回收。

問(wèn)：土壤重金屬污染修復(fù)在實(shí)際應(yīng)用中還存在什么問(wèn)題？我們還需要在哪些方面努力？

答：植物修復(fù)屬于新興的交叉學(xué)科，在實(shí)際應(yīng)用中，它不像水污染，有相對(duì)成型的技術(shù)和工程案例。哪些土壤受污染了，分布情況如何，什么樣的土壤需要修復(fù)，修復(fù)前什么樣，修復(fù)后要達(dá)到什么標(biāo)準(zhǔn)等等，這些幾乎都沒(méi)有，從實(shí)際情況看，修復(fù)百畝、千畝土地不是問(wèn)題。如果要擴(kuò)展到全國(guó)范圍，就不單單是科學(xué)家的工作了，需要社會(huì)方方面面的共同努力，包括資金、技術(shù)、政策等等。

盡管我國(guó)科學(xué)家在重金屬污染土壤修復(fù)方面已開(kāi)展大量研究工作，但欲完全解決仍然任重道遠(yuǎn)。這也是我們執(zhí)著于重金屬污染土壤修復(fù)工作的重要原因之一。

最近，國(guó)務(wù)院正式批復(fù)《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》，這是我國(guó)第一個(gè)“十二五”環(huán)保專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃。目前，國(guó)家正在制定《土壤環(huán)境質(zhì)量保護(hù)》專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃，其中的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容就是開(kāi)展大規(guī)模土壤修復(fù)工作。這些規(guī)劃對(duì)我國(guó)土壤重金屬污染修復(fù)會(huì)起到很好的推動(dòng)作用。