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)部曾對全國市場的稻米進行安全性抽檢，結(jié)果顯示，受檢稻米中鉛含量超標率28.4％，鎘含量超標率10.3％。2007年，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教授潘根興和他的研究團隊抽查檢測后發(fā)現(xiàn)，10％左右的市售大米鎘含量超標。

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環(huán)節(jié)，可能都有土壤污染的影子。因為土壤污染的特殊性，其污染范圍要遠遠超出稻米，也不僅僅限于鎘，其他重金屬的危害同樣不容忽視。

面對土壤污染乃至由此引發(fā)的食品安全問題，我們該怎么辦？有沒有什么辦法可以徹底解決這一問題？前不久，就此話題，本刊對中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陳同斌研究員進行了專訪。

看不見的污染

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

答：我國首次全國土壤污染調(diào)查已基本結(jié)束，目前正在進行數(shù)據(jù)匯總分析，調(diào)查結(jié)果應(yīng)該會適時向社會公布。根據(jù)目前掌握的情況看，我國土壤污染狀況總體上比較嚴峻。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重，僅礦區(qū)污染土壤就達200萬平方米，且多為砷、鉛、鎘、鋅等多金屬復(fù)合污染；部分區(qū)域還存在嚴重的酸污染，進一步加劇了重金屬對環(huán)境和生物的不良影響。

從自然地理分布看，我國西南地區(qū)污染情況更嚴重些。其中的原因是，西南部地區(qū)礦產(chǎn)多，占有量大，被開發(fā)后，由于西南地勢高，臺地多，坡度陡，下場雨，污染物就全被沖走了。在西南地區(qū)，重金屬—尤其是砷帶來的土壤污染情況，比較嚴重。

問：土壤污染對人類和其他生物會帶來哪些危害？

答：國際上，也經(jīng)過了很長時間才注意到土壤污染這一環(huán)境公害的。因為土壤問題看不見、摸不著，誰能知道哪塊土壤有問題，哪塊沒問題？農(nóng)民不知道，普通消費者不知道，即使是科學(xué)家，抓起一把土，僅憑目測，也不清楚；甚至通過實驗室分析，都不一定能準確地判斷其是否存在污染問題。

不同于有機物，重金屬不能被生物所降解，可以在環(huán)境中長期殘留，從而大大降低了土壤的利用價值，而且還會通過食物鏈最終進入人體，對人類健康造成危害。

土壤污染給人類和其他生物帶來的危害，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，土壤污染使原本緊張的耕地資源日趨短缺。我國18億畝耕地紅線已受到嚴重的沖擊；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，部分有機污染物還會因揮發(fā)導(dǎo)致大氣污染。

第三，土壤污染給人們的身體健康帶來極大的直接或間接威脅。土壤污染物通過食物、飲水、大氣灰塵等途徑進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，由于從土壤中吸收了污染物，農(nóng)產(chǎn)品中的污染物超標嚴重，部分污染區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品可能不再適于食用。

問：土壤污染的種類有哪些？

答：從污染物的屬性來看，土壤污染的類型一般可分為有機污染、無機污染、生物污染與放射性污染。

有機污染，主要包括有機廢棄物（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毒物）、農(nóng)藥等污染。

無機污染，主要包括采礦、冶煉等行業(yè)產(chǎn)生的無機污染物，砷、鉛、汞、鎘等重金屬，包括有害的元素氧化物、酸、堿與鹽類等。在某些城市郊區(qū)，生活垃圾的長期堆置，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)田也會造成土壤放射性污染。

這些污染中，重金屬污染和有機污染較為普遍。

問：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。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型或品種。這也是規(guī)避風(fēng)險的一種低成本做法。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)致我國土壤鎘超標問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)致不少公眾對鎘污染問題存在一些理解上的偏差。

給土壤消毒

問：土壤一旦受到重金屬污染，應(yīng)該如何加以治理？治理難點在哪里？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昂貴的工作。曾有國外專家估計，靠挖掘與掩埋等方法來解決重金屬污染土壤問題，平均每英畝土地至少需要10萬美元。

對于水污染、大氣污染，防治起來相對容易，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，但更多地方是多個因素綜合作用的結(jié)果，很難找到確切污染源。來源都分不清楚，所以管理和治理起來更困難。

根據(jù)污染物種類、污染程度和污染面積的差異，修復(fù)時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。事實上，在實際應(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，國際上也沒有非常好的、在各種情況下都能適用的“萬能”修復(fù)技術(shù)。

像重金屬這類污染，它遵循質(zhì)量守恒定律，在自然界中永遠存在，你無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，利用植物來修復(fù)被污染的土壤，是個非常有前景的選擇，具有費用低廉，不破壞場地結(jié)構(gòu)，不造成地下水二次污染，可以美化環(huán)境，易于為社會接受等優(yōu)點。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。

問：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)境中的重金屬流動性降低，進而減輕重金屬對環(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過量吸收環(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。

美國能源部認為，能用于重金屬污染修復(fù)的植物應(yīng)具有以下一些特點：首先，即使在重金屬含量很低時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，最好是能同時富集幾種重金屬；第四，生長快，生物量大；第五，具有抗蟲抗病能力。

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。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、生物量較大的超富集植物才具有應(yīng)用價值。植物和其他生物一樣，在進化過程中，都不愿意吸收這些有毒物質(zhì)，它們會規(guī)避。所以，普通植物在植物萃取修復(fù)方面是沒有價值的。

植物清潔工

問：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進行土壤污染修復(fù)？

答：1998～1999年，我們在湖南石門和郴州一帶開展超富集植物篩選的野外調(diào)查時發(fā)現(xiàn)：在一些砷污染比較嚴重的土地上，大部分植物已經(jīng)死亡，唯獨蜈蚣草安然無恙。經(jīng)采樣分析和室內(nèi)栽培試驗，發(fā)現(xiàn)蜈蚣草對砷具有非常強的吸收能力，達到普通植物的10萬乃至20萬倍。可喜的是，后來的試驗又進一步發(fā)現(xiàn)，蜈蚣草對鉛、鎘等重金屬也有很強的吸收能力。這一重要發(fā)現(xiàn)為我國砷、鉛等多金屬污染土壤修復(fù)開辟了一條全新的途徑，也奠定了我國土壤修復(fù)領(lǐng)域的發(fā)展基礎(chǔ)。

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

后來，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。

問：國外也有超富集植物，為何沒有從國外直接引進而是在本土尋找呢？

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

植物都有其適宜的生長地和環(huán)境要求，把國外植物拿到國內(nèi)未必合適。國內(nèi)確實有人在做引種遏藍菜等超富集植物，但不成功。

此外，引種植物也存在生物入侵的風(fēng)險，以及物候問題。

我們覺得還是要有自己獨立篩選的本土的超富集植物。我國的砷污染問題比較嚴重，但是當(dāng)時國際上也沒有發(fā)現(xiàn)砷的超富集植物。為了解決我國面臨的嚴重砷污染問題，于是我們干脆就自己獨立尋找超富集植物。

我國疆土遼闊，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：目前都有哪些成功的修復(fù)案例？

答：2002年，我們在湖南郴州建立了國際上第一個砷污染土壤的植物修復(fù)工程，并相繼在廣西河池、云南個舊和會澤、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600畝。

經(jīng)過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，近萬畝農(nóng)田絕收或嚴重減產(chǎn)。由于嚴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，我們在環(huán)江縣建立了試驗示范基地；2007年，污染土地示范工程面積達100畝。目前已基本解決在絕收土壤上種植植物的問題，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，農(nóng)民也有較好的經(jīng)濟收入。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，財政部和環(huán)保部已投入2450萬元，支持我們開展全國性的大規(guī)模植物修復(fù)工程示范。

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

2005年9月，我們與當(dāng)?shù)夭块T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3年的試驗和示范推廣，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)品能達到國家相關(guān)標準的要求。

問：收獲后的超富集植物需要進行特別處理嗎？這些植物的歸宿是哪里？

答：修復(fù)過程中，蜈蚣草每年要刈割兩三次，每公頃收獲物可達10噸，其中砷含量高達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行安全焚燒，對燃燒灰分進行貴金屬提取，以實現(xiàn)資源回收。

問：土壤重金屬污染修復(fù)在實際應(yīng)用中還存在什么問題？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，在實際應(yīng)用中，它不像水污染，有相對成型的技術(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)后要達到什么標準等等，這些幾乎都沒有，從實際情況看，修復(fù)百畝、千畝土地不是問題。如果要擴展到全國范圍，就不單單是科學(xué)家的工作了，需要社會方方面面的共同努力，包括資金、技術(shù)、政策等等。

盡管我國科學(xué)家在重金屬污染土壤修復(fù)方面已開展大量研究工作，但欲完全解決仍然任重道遠。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》，這是我國第一個“十二五”環(huán)保專項規(guī)劃。目前，國家正在制定《土壤環(huán)境質(zhì)量保護》專項規(guī)劃，其中的一個重點內(nèi)容就是開展大規(guī)模土壤修復(fù)工作。這些規(guī)劃對我國土壤重金屬污染修復(fù)會起到很好的推動作用。