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土壤保护战略:为土壤“化毒疗伤”
· 时间: 2009-05-14 · 本刊记者 唐元恺

 

广西的砷、铅等矿种保有储量居全国首位。可是,有关调查结果表明,部分区域因矿山开采、金属冶炼废水排放等人为因素,土壤里沉积了越来越多的有毒物质。

“如何控制和修复被污染的土地?”4月中旬,广西壮族自治区副主席陈章良在“土壤环境修复院士专家行”活动座谈会上向来自中国科学院等科研院所的专家们问了一连串问题。这些也是其它很多地方政府头痛的难题。

与大气污染和水污染相比,土壤污染往往是“看不见”的,很容易被人忽视,如不“看医生”,仅由土壤本身自然恢复,一般需要花费两三百年,甚至上千年。

谈及土壤污染对人的危害,南京土壤研究所土壤环境与污染修复重点试验室主任骆永明研究员举例说,农作物吸收后,会转化给人体;苯、甲醛等可挥发性的污染物可以通过呼吸和空气传播直接带进人体;小孩子在地上打滚或者玩土时有可能把不容易被土壤降解吸收的污染物“吃”进肚里。还有专家指出,无论是直接的土壤污染,还是由土壤污染导致的其它污染,甚至会使人免疫系统障碍,或得癌等顽症。

虽然危害巨大,但许多部门与社会公众并没有或是没有顾得上重视土壤污染的问题。有人还以为,土壤会自己调节,他们只盯着种植质量与收成,却忘记了对土地的保养。也有人在处理废弃剧毒物品时只注意到如何减少它们与人的接触,却无视这些物品对土壤结构和成分的破坏和腐蚀。很多地方尽管意识到治理污水的紧迫性,却轻视由此相关的污泥合理处置,或忽略了污水会由土壤渗透进蓄水层内……在专家看来,这些行为和认识往往导致不少人注重了地表以上环境和水资源的守护与治理而忽视了脚下最依赖的土地。

“现在一些老的工厂搬迁,仅仅是简单地把厂房推倒,把设备运走,然后就撒手不管了,这些地要么用于房地产开发,要么转为农田或其它用途,却不知道它们大多已经成为‘病土’。”中国科学院南京土壤研究所赵其国院士在去年10月召开的第三届土壤污染与修复国际会议上呼吁,“污染企业搬迁后,出让地块必须经过‘体检’,即进行土壤污染风险评估,达到再次开发利用的功能需求,才能保障环境安全。”这种评估与现在常说的“环境影响评价”并非一个概念,它是事前所做的准备,而后者则主要是事后的评估。目前,由赵院士领衔的30多位专家正着手编制《土壤保护战略》。

 

“特种”部队

4月17日,参加“土壤环境修复院士专家行”活动的科学家来到广西环江毛南族自治县考察。2001年,这里遭受特大洪灾,洪水携带大量酸性物质和重金属导致部分农田耕地“绝收”。2005年,当地政府邀请了中国科学院地理科学与资源研究所陈同斌博士对农田污染状况进行调查,研究修复方案。4年来,专家们开发了适合当地特点的污染农田修复技术和多种修复模式,并建立了两个面积约6.7公顷的示范基地。人们看到,即使已经过了好几年,未修复的污染土地至今仍寸草不生,而经过初步修复的土地种植了甘蔗等作物,长势良好。

“这里受污染土壤里砷的含量比较高,用水洗或化学试剂溶解很难冲洗干净,且容易造成再度污染。”陈博士说。不少人并不了解“砷”为何物,但他们在文艺作品里知道有穷人用“砒霜”自杀,而这正是砷的氧化物。如果土壤里的砷含量过高,种植出来的农产品将不能食用。

专家们派出一支“特种部队”——特意种植被看作“吸毒草”的植物“蜈蚣草”。它“胃口”很好,对砷等重金属具有超常规吸收和富集能力,若将其种在污染土壤上,便能够把里面的重金属“吃”得干干净净。而回收时大可不必一烧了之,可以把叶片里的砷等重金属元素提炼出来,提纯为有用的工业原料,获得清污与回收的“双赢”。

据了解,陈同斌是在国际上发现蜈蚣草的第一人。早在1987年,他刚在中国农业科学院攻读土壤学博士时便意识到砷对土壤的污染可能成为中国面临的重大环境问题。10年后,他带领课题组开始大规模筛选可以消除重金属污染的植物。当时,在世界范围内,虽说此类植物有300种,但对土壤砷污染,科学家们并没有找到特有疗效的“药材”与解决办法。基于对中国气候、土壤、地质条件和生物多样性的基本判断,陈博士自信:中国一定蕴藏有此类植物。但在偌大的国土上筛出“绝配”,无疑有点儿“大海捞针”。

他推测,在砷硫化物矿物之一的雄黄矿周围可能会存在要找的植物,于是一头扎进开采时间最长(300多年)、位于湖南省石门县的一座雄黄矿。这一“扎”就是3年。终于,发现到了一种植物——叶茎个儿头大,超过一人高,生命力特别强悍,割掉一茬,还是会勃勃生长,当地人称之为蜈蚣草。采样分析结果让科学家欣喜若狂:它每公斤“吃”砷最高可达1万多毫克,比普通的植物高出数十万倍。

2000年,湖南省郴州市某地遭受严重的砷污染,致使大量农田抛荒,甚至有两位村民死亡。陈同斌闻讯后立即奔赴,在当地建立了国际上第一个砷污染土壤的植物修复工程,帮当地种植蜈蚣草修复砷污染。经过3年多修复后,污染问题得到了初步解决。

“每一次收获植物后,污染土壤中的砷含量都有明显下降。”陈同斌此次在广西的示范基地表示,预计用5年时间土壤将可恢复生产力。“今年是专家们试验的第5年,待技术成熟后,有望得到广泛推广,使农民朋友也能操作。”另外,专家们还将继续研究,把蜈蚣草与甘蔗、桑树或玉米等间作,获得比较安全的农产品,在治污的同时增加农民收入。

土壤的植物修复技术因其安全、廉价、有效而成为世界上该领域研究和开发的热点。科学家手中“特种部队”的数量也在日益增多。中国的科学家们通过大量野外调查、室内分析和盆栽试验,在全国20多个省市200多个矿区发现了多种超富集植物,并鉴定和筛选出多种对铜、铅、锌、镉、镍、钴、锰等重金属具有潜在超富集功能的植物。他们还利用这些植物及其优良生态型,研制出强化植物修复效果的有机溶液、微生物添加剂与混合添加剂,对降低土壤修复成本和改善环境起到明显作用。在国家高技术发展研究计划等多个国家级项目的支持下,专家们最终解决了植物组织培养、快速育苗和高效种植等技术难题,优化出植物修复的成套技术。

而在着手进行土壤砷污染课题的同时,陈博士还关注到另外一个重要课题:城市污泥处理。中国目前已建成的污水处理厂近千座,每年产生的污泥超过1500万吨。人们通常只是从保护水环境角度考虑,把污水处理掉,却很少想到,那些淤积在沉淀池里的污泥该如何科学处理?有些地方采用低廉的价格卖给农民,或者补助一些钱交给他们自行处理,可施到农田里把庄稼都烧死了。同样,简单地将污泥做垃圾填埋也不行,不仅容易散发出难闻的臭味,而且,在日晒雨淋的作用下,各种有害物质会进入垃圾渗滤液中而成为二次污染源。

针对污泥处理难题,陈同斌在河南省漯河市建立了自动控制快速堆肥技术示范工程。这种技术可以对污泥进行无害化处理,甚至可以把污泥转化成植物所需的各种肥料。而第一步要做的是避免污泥散发难闻的气味。造成发臭的原因主要是缺氧,因此,专家们先要让污泥里面获得充足的氧气。可依靠人力显然无法时刻待在污泥旁边检测氧气含量,为了监控污泥中氧气的含量,陈同斌发明了一种专用的氧气监测探头,随时监测氧气状况并反馈信号给控制系统进行自动控制。

 

两“菌”协作

几年前,清华大学化工系的教授们在河南省中原油田地界安营扎寨。他们与中国石油化工集团公司合作,进行真菌与细菌协同作战修复油污土壤的试验。

钻井台周围基本上是不长草的,而很多原油输送管线大部分还经过农田。“在化工污染中,原油对土地的污染占不小的比例,”清华大学化工系刘铮教授说。

刘教授他们把实验场选择在了一块被原油污染18年、存在多种状况(类型)的场地。它被农民长期弃耕,只用作打麦场,土壤板结严重,盐含量普遍较高,为正常耕地的2到4倍(中重度盐污染),地块中降解有机质的微生物活性低,不仅治理难度很大,而且阻力也不小——农民们已习惯了依靠赔款度日,并不愿意因土壤修复而失去已习惯了的“补助”。科学家们明白,土壤修复是否成功最终还得靠能否种出粮食来说话。

“我们项目的技术创新点在于把生物反应耦合起来。”刘教授解释说,真菌有可降解高分子的特性,把多环芳烃(煤、石油、木材、有机高分子化合物等有机物不完全燃烧时产生的挥发性碳氢化合物)等切断喂给细菌,细菌可再把它降解成小分子,最后分解成二氧化碳和水,并分解出表面活性剂,促进大的芳烃从原油污染的地块中被活化出来。如此循环反复,有利于土壤的快速修复。为此,科技工作者们研究了大规模高密度发酵微生物菌剂的工艺和具有协同降解石油烃能力的真菌—细菌复合修复制剂,建立并实施了将两者协同降解石油烃与麦秸发酵生产腐殖酸相结合的技术路线,在中原油田多种污染特征地块进行了原位修复试验,并于修复结束后种植了小麦。

修复前场地大约90%的区域都有不同程度的盐渍,科学家开出的药方是秸杆还田。通过机械翻耕,工作人员在修复地块25厘米深处构建了约5厘米厚的疏松麦秸层,秸杆埋在土壤的耕作层和主体层之间,为的是打断土壤的毛细管结构,阻止其因水蒸发而向上返盐。专家还添加了一种菌,让麦秸尽快变成多糖和腐殖酸,促进微生物更好地生长。同时,加麦秸使耕作层土质疏松,促进了洗盐的效果。在水浸洗盐的过程中,除偶尔用机井水进行灌溉,其余皆利用濮阳雨季的自然降水进行灌溉。由于麦秸层的构建抑制了深层土壤中盐离子上返到表层,因此水浸洗盐水通过渗透进入深层土壤而没有外排,避免了对正常耕地的二次污染。

据《中国化工报》报道,污染修复结束后,土壤样品被送到中国农林科学院进行全面分析,其结果显示,主要理化指标都得到了不同程度的改善,接近或达到正常耕地的水平。修复前,污染土壤地表80%无植被覆盖;修复地块则植物茂盛,根系生长正常,能起到固土作用。按照专家们的说法,采用此项修复技术,可在一年内实现达标。“治理后的土壤能在当年恢复种植能力,于第二年得到农业收获。”

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