比水污染、空氣污染更難治理：尋找土地的解藥
目前國內(nèi)科學(xué)家還沒有找到一種經(jīng)濟(jì)、有效、適合大規(guī)模農(nóng)田治理的科學(xué)修復(fù)模式，大多土壤重金屬治理模式還處于實驗室摸索階段。
——華南農(nóng)業(yè)大學(xué)博導(dǎo)陳日遠(yuǎn)
中國土壤重金屬污染嚴(yán)重已是不爭的事實，但污染狀況如何，至今尚未有清晰的全國地圖。
受重金屬污染的各種土地，還能重新修復(fù)使用嗎？目前，盡管國內(nèi)乃至全球的修復(fù)技術(shù)五花八門，但真正經(jīng)濟(jì)、有效、能成規(guī)模運(yùn)用的土壤重金屬修復(fù)技術(shù)仍在追尋之中。
幸運(yùn)的是，一種專門針對砷污染的生物修復(fù)技術(shù)，眼下已在國內(nèi)進(jìn)入規(guī)模實驗階段。
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蜈蚣草 |
重點(diǎn)防控西南
從污染面積上看，鎘為首，從健康風(fēng)險上看，砷最毒
大地也會生病。
2009年，陜西鳳翔鉛污染、湖南瀏陽鎘中毒、山東臨沂砷污染……土壤重金屬污染強(qiáng)烈刺痛人們的神經(jīng)。
全國究竟有多少土地已被重金屬污染，或身臨污染的懸崖？
事實上，在全國各地重金屬污染事件集中爆發(fā)之前的2005年，由國家環(huán)保部、國土資源部等國家部委牽頭，已經(jīng)在全國范圍內(nèi)展開了一次超大規(guī)模的土壤重金屬污染調(diào)查。這也是中國歷史上針對土壤健康調(diào)查的第一次。
“參與調(diào)查的科研人員，都經(jīng)過專門培訓(xùn)，通常按照平均8公里×8公里的調(diào)查范圍取樣，成網(wǎng)格狀在全國調(diào)查各種土地現(xiàn)狀”，一位參與這次全國土壤重金屬調(diào)查的科研人員稱，包括青海、新疆等地在內(nèi)，除各地明顯的山地、荒地、人類干擾活動少的地區(qū)外，所有調(diào)查都是標(biāo)準(zhǔn)取樣。
然而，截至目前，這項歷時5年多的全國土壤重金屬調(diào)查結(jié)果還未正式公開。相關(guān)人士透露，不算地方配套資金，整個項目目前耗資已遠(yuǎn)超過10億元。
“從調(diào)查方法上看，還不夠科學(xué)，或者科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性不夠，比如人口稀少處、污染密集區(qū)，都以同樣標(biāo)準(zhǔn)密度來取樣調(diào)查，其出來的結(jié)果是不足信的”；“再說在64平方公里的范圍內(nèi)，取哪一個調(diào)查樣點(diǎn)為數(shù)據(jù)采集對象，隨意性很大”，中科院地理科學(xué)與資源研究所環(huán)境修復(fù)研究中心主任陳同斌舉例，以300平方公里的北京市中心城區(qū)面積而言，全國調(diào)查就只取5個樣點(diǎn)，這些點(diǎn)是取在學(xué)院旁邊，還是工廠旁邊，所取得的調(diào)查數(shù)據(jù)差別很大。
陳推測，可能正是因為調(diào)查方法上存在爭議或不足，以及土壤重金屬污染后果嚴(yán)重，一旦形成即具有不可逆性，很難恢復(fù)，“比水污染、空氣污染更難治理”，所以導(dǎo)致國家相關(guān)部委對最后形成的調(diào)查結(jié)論慎之又慎。
“如果真要準(zhǔn)確摸清楚全國土壤重金屬污染現(xiàn)狀，還需要進(jìn)行加密調(diào)查”，“畢竟土壤調(diào)查涉及許多專業(yè)問題，不是那么簡單，比如空間尺度效應(yīng)，小范圍(調(diào)查)沒問題，大范圍(調(diào)查)就出問題，還有土壤中重金屬含量的準(zhǔn)確測定，都相當(dāng)不容易”，陳稱。
1999年，為掌握北京市土地重金屬污染現(xiàn)狀，中科院與北京市自然基金合作，對北京市進(jìn)行高密度取樣調(diào)查。“平均每100畝地就分布一個樣點(diǎn)，整個北京市共取了1000多個調(diào)查樣點(diǎn)，要是放在全國土壤調(diào)查里邊，按調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)，就只有200多個樣點(diǎn)”，陳同斌介紹，他的一個40多人的科研團(tuán)隊，幾年后，拿出一份《北京市土壤和蔬菜(農(nóng)產(chǎn)品)重金屬調(diào)查和健康風(fēng)險評估》。
雖然這份調(diào)查結(jié)果至今也未公開披露，但陳表示：“調(diào)查結(jié)果證明土壤重金屬污染比較嚴(yán)重”。從事土壤修復(fù)研究多年的他分析，不規(guī)范的采礦業(yè)及其下游冶煉產(chǎn)業(yè)，是造成土地重金屬污染的元兇，同時西南山地多雨，極易擴(kuò)散，健康風(fēng)險度高，全國重點(diǎn)防治地區(qū)應(yīng)在我國礦業(yè)發(fā)展密集的西南地區(qū)，同時長三角等地也污染嚴(yán)重。“從污染面積上看，國內(nèi)專家認(rèn)為鎘污染最嚴(yán)重，但如果從健康風(fēng)險評估角度，我認(rèn)為是類金屬砷污染，因為砷的致命劑量非常小”。
華南地區(qū)一位也參與了全國土壤重金屬污染調(diào)查的專家，證實“全國狀況不容樂觀”，“重金屬土壤污染面積肯定不小于國土面積的5%”。
城市“毒地”
全國城市重金屬污染地塊估計有七八百塊，絕大部分尚未動工修復(fù)
人們通常將密度大于4.5克/立方厘米、原子量大于55的金屬，稱為重金屬，而從環(huán)境污染方面所講的重金屬，又通常是指汞(H g)、鎘(C d)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、砷(A s)等有毒有害物質(zhì)。
受到污染的沉默土地，也能直接危及人類的健康。上世紀(jì)60年代，土壤重金屬污染危害，第一次在美國出現(xiàn)，向人們敲響了警鐘。
在美國西部一個名叫幸福谷的地方，隨著城市擴(kuò)張，人們在新城區(qū)住上了新蓋的樓房不久，居民便發(fā)現(xiàn)相繼生病。經(jīng)專業(yè)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)蓋房子的地方，原來是一家農(nóng)藥廠，該廠廠址處的土地已被重金屬污染，正是天天生活于受污染的土壤之上，讓人們相繼病倒。
通過這次幸福谷事件，土壤重金屬污染危害防治，進(jìn)入了科學(xué)家視野。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，受到重金屬污染的土地，大多分為兩種，一為農(nóng)田或耕地，一為城市用地。在城市，那些受到重金屬污染的土地，往往同時也伴隨有揮發(fā)性或半揮發(fā)性多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、鹵代烴等有機(jī)污染。
其后，英國科學(xué)家阿侖貝克通過實驗，將1平方米的重金屬污染土地成功修復(fù)，使得土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)從實驗室進(jìn)入實際運(yùn)用階段。“雖然只有1平方米，但它無疑是一個偉大的進(jìn)步”，陳同斌介紹，此后世界各國都開始了各種各樣的土壤重金屬修復(fù)技術(shù)研究，涉及物理、化學(xué)、微生物、生物修復(fù)等各個領(lǐng)域，但截至目前，真正具有可推廣前景、可能成規(guī)模利用的修復(fù)技術(shù)不超過10種。
2006年，北京地鐵5號線在宋家莊站一帶開挖時，盡管工人們是在地底27米的深處施工，可還是有兩名施工工人莫名其妙被熏倒。中科院地化所專家趕到現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)施工地面原來是一家農(nóng)藥廠廠址，后農(nóng)藥廠搬離市區(qū)，但土地卻已被重金屬污染。消息不脛而走，宋家莊房價當(dāng)年頓跌了1000多元/平方米。
據(jù)現(xiàn)場調(diào)查估算，宋家莊地鐵站下受污染土地總共約10萬噸。當(dāng)時有專家建議將這些受污染土地挖出來拉去焚燒，然后添加水泥，最后可燒制產(chǎn)生約1000噸的水泥。“且不要說受污染土地焚燒會產(chǎn)生更要命的污染物質(zhì)二惡英，就是最后產(chǎn)出的水泥，其質(zhì)量也是劣質(zhì)水泥，在北京這樣的大城市，生產(chǎn)制造用低等水泥，經(jīng)濟(jì)上也不劃算”，陳同斌透露，這個焚燒方案最終未能通過。
由于正處于奧運(yùn)會前夕，北京相關(guān)方面非常著急，希望能不惜代價修復(fù)這些受污染土地。“從理論上講，只要不計較成本，怎樣的污染土地都能修復(fù)，但要求在不到兩個月時間內(nèi)完全修復(fù)，就無法做到”，中科院地化所表示。最后，這10萬噸受污染土層，全部被密封送走，當(dāng)作危廢物品儲存至今。
“由于城市擴(kuò)張，導(dǎo)致一些原先分布在城市外圍郊區(qū)的農(nóng)藥廠、化肥廠、化工廠等變作城市中心區(qū)，在改變土地用途時，出現(xiàn)土壤重金屬污染狀況”，中科院地化所估算，目前全國城市受重金屬污染地塊共有七八百塊，絕大部分還未動工修復(fù)。
蜈蚣草之功
面積達(dá)1000-2000畝，成為世界最大面積的砷污染農(nóng)田修復(fù)項目
除城市重金屬污染地塊外，在未規(guī)范開采、冶煉的礦山附近，露天堆放的礦渣或者溶于廢水后無色無味的重金屬，也極易不知不覺地潛入附近農(nóng)田，使農(nóng)田深受其害。
2009年，由于大量村民被體檢查出尿鎘超標(biāo)，湖南瀏陽鎮(zhèn)頭鎮(zhèn)一帶爆出鎘中毒事件。原來在靠近村子邊上的一家化工廠，由于環(huán)保措施不到位，冶煉礦渣露天堆放，工廠廢水偷排，一遇上下雨天，廠區(qū)含鎘廢水流出，不僅污染了附近大片農(nóng)田，而且流入了村民水井中，導(dǎo)致多人慢性中毒。“人病了還可以上醫(yī)院，農(nóng)田怎么辦？”依靠土地為生的當(dāng)?shù)剞r(nóng)民憂心如焚。
去年夏天，在修復(fù)之前，記者看到大片受污染的水田里依然種滿青青水稻。然而，水稻是一種特別容易富集鎘的植物，這些產(chǎn)出的鎘米最終還是將流向市場。
如何大面積修復(fù)重金屬污染農(nóng)田，一直是個世界難題。當(dāng)年在日本“痛痛病”的發(fā)源地———富士縣神通川流域，在修復(fù)被鎘污染農(nóng)田時，就是采取去表土15厘米、并壓實心土，結(jié)果在連續(xù)淹水的條件下，稻米中的鎘含量小于0.4m g/kg。但對于污染面積總計1萬多畝的湖南鎘污染農(nóng)田，運(yùn)用去土治理顯然也將工程巨大，更大的問題是：換出來的污染土層，又將放哪安全保存，從而避免二次污染呢？
經(jīng)測算，跟物理修復(fù)技術(shù)相比，生物修復(fù)技術(shù)的成本往往只占前者1/10-1/100，而且安全性高，對動輒大面積亟需治理的受污染農(nóng)田比較適用。
為尋找一種安全、經(jīng)濟(jì)的重金屬污染農(nóng)田修復(fù)方式，1998-1999年間，陳同斌和他的科研團(tuán)隊在前期大量研究的基礎(chǔ)上，決定遵循進(jìn)化論思維，到南方去刻意尋找根治土壤重金屬污染的植物克星。“南方溫暖潮濕，生物多樣性高，從概率上講，在南方尋找到重金屬超富積植物的可能性要大”，陳形容，這種植物既要對土壤重金壤具有超強(qiáng)吸收能力，同時還要易養(yǎng)活、生物量大，而通常植物身上，這兩者特性不能兼具。
中國砷儲量占到世界70%，但卻多為伴生礦，開采利用價值不大。研究方向一直盯緊砷污染防治的陳同斌及其研究團(tuán)隊，將尋找超富集植物的目光，首先鎖住了國內(nèi)砷最為集中分布地帶之一的廣西環(huán)江地區(qū)。經(jīng)過長達(dá)2-3年研究找尋，一座有著1500多年歷史的石門礦被科研人員發(fā)現(xiàn)，并將該礦附近100多種植物納入搜索圈。經(jīng)層層篩選以及遺傳性能鑒定，當(dāng)?shù)卮罅看嬖诘囊环N優(yōu)勢植物——— 蜈蚣草勝出。
“一般植物土壤中砷含量達(dá)到50個ppm還能活，在植物體內(nèi)，由于植物通常不吸收這種有毒物質(zhì)，更不愿向其地上部分轉(zhuǎn)移，但蜈蚣草中的砷含量竟可以達(dá)到1-2%，而且多集中于地上部分，一年可以收割三次之多”，陳同斌做了一個對比，蜈蚣草對土壤重金屬砷的吸收能力相當(dāng)于普通植物的20萬倍，而且蕨類植物蜈蚣草生物量超大，在收割焚燒其地面部分后，殘存的重金屬含量已非常低。“兩三個月內(nèi)可以將土壤重金屬含量降到安全閾值，三至五年內(nèi)則可以完全修復(fù)”。
五六年前，廣東華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中山大學(xué)、廣東省土壤研究所等一批科研機(jī)構(gòu)針對土壤重金屬污染治理，相繼展開物化、生物、微生物技術(shù)等方面研究。2005年，剛從日本留學(xué)回國的廣東省土壤研究所陳能場博士，則選擇了粵北進(jìn)行鎘污染農(nóng)田修復(fù)實驗。在一塊約6畝大小的田地里，陳先后嘗試了硅肥和水分管理、葉片調(diào)理劑等多種方式嘗試，最終陳將一種高富集鎘的水稻引種過來，通過輪作和間作(高富集水稻與玉米等經(jīng)濟(jì)作物)的方式，來修復(fù)鎘中毒農(nóng)田。“從治理效果看，邊生產(chǎn)邊修復(fù)這種方式相對成熟”，目前仍在實驗之中，陳能場表示。此外，專門針對鎘污染的另一種篩選植物———東南景天，在國內(nèi)已有上百畝實驗基地。
據(jù)統(tǒng)計，針對國內(nèi)土壤重金屬污染治理的植物優(yōu)選品種，一度多達(dá)40多個。“真正適用的生物修復(fù)技術(shù)不多”，陳同斌透露，今年10月，由國家總投入2450多萬元的蜈蚣草修復(fù)項目，已經(jīng)在廣西環(huán)江地區(qū)、云南個舊、湖南江西等地成規(guī)模展開，總修復(fù)農(nóng)田面積達(dá)到1000-2000畝。“這將是世界范圍內(nèi)最大的重金屬污染農(nóng)田修復(fù)面積”，陳同時承認(rèn)，該技術(shù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用還需要國家從政策上補(bǔ)貼農(nóng)民，“每畝修復(fù)成本需要2000-5000元不等，至少買種苗還得靠政府補(bǔ)貼、引導(dǎo)”。
然而，也有科學(xué)家對包括換土、淋洗、生物技術(shù)等看似熱鬧的土壤重金屬修復(fù)技術(shù)前景感到沮喪。廣東省政協(xié)委員、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)博導(dǎo)陳日遠(yuǎn)教授認(rèn)為，目前國內(nèi)尋找治理重金屬污染的生物修復(fù)途徑，主要是從對土壤重金屬超富集和非富集作物兩個方向著手找尋，“但從目前來看，國內(nèi)科學(xué)家還沒有找到一種經(jīng)濟(jì)、有效、適合大規(guī)模農(nóng)田治理的科學(xué)修復(fù)模式，大多土壤重金屬治理模式還處于實驗室摸索階段”。
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