中国土壤重金属污染严重 修复技术仍在追寻中

2010-10-24 14:14 来源: 南都周刊
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  蜈蚣草

  广东土壤研究所陈能场博士等用水稻作修复实验,图为研究人员正在对不同作物比较称重。资料图片

  目前国内科学家还没有找到一种经济、有效、适合大规模农田治理的科学修复模式,大多土壤重金属治理模式还处于实验室摸索阶段。——华南农业大学博导陈日远

  中国土壤重金属污染严重已是不争的事实,但污染状况如何,至今尚未有清晰的全国地图。

  受重金属污染的各种土地,还能重新修复使用吗?目前,尽管国内乃至全球的修复技术五花八门,但真正经济、有效、能成规模运用的土壤重金属修复技术仍在追寻之中。

  幸运的是,一种专门针对砷污染的生物修复技术,眼下已在国内进入规模实验阶段。


重点防控西南 从污染面积上看,镉为首,从健康风险上看,砷最毒

  大地也会生病。

  2009年,陕西凤翔铅污染、湖南浏阳镉中毒、山东临沂砷污染……土壤重金属污染强烈刺痛人们的神经。

  全国究竟有多少土地已被重金属污染,或身临污染的悬崖?

  事实上,在全国各地重金属污染事件集中爆发之前的2005年,由国家环保部、国土资源部等国家部委牵头,已经在全国范围内展开了一次超大规模的土壤重金属污染调查。这也是中国历史上针对土壤健康调查的第一次。

  “参与调查的科研人员,都经过专门培训,通常按照平均8公里×8公里的调查范围取样,成网格状在全国调查各种土地现状”,一位参与这次全国土壤重金属调查的科研人员称,包括青海、新疆等地在内,除各地明显的山地、荒地、人类干扰活动少的地区外,所有调查都是标准取样。

  然而,截至目前,这项历时5年多的全国土壤重金属调查结果还未正式公开。相关人士透露,不算地方配套资金,整个项目目前耗资已远超过10亿元。

  “从调查方法上看,还不够科学,或者科学的严谨性不够,比如人口稀少处、污染密集区,都以同样标准密度来取样调查,其出来的结果是不足信的”;“再说在64平方公里的范围内,取哪一个调查样点为数据采集对象,随意性很大”,中科院地理科学与资源研究所环境修复研究中心主任陈同斌举例,以300平方公里的北京市中心城区面积而言,全国调查就只取5个样点,这些点是取在学院旁边,还是工厂旁边,所取得的调查数据差别很大。

  陈推测,可能正是因为调查方法上存在争议或不足,以及土壤重金属污染后果严重,一旦形成即具有不可逆性,很难恢复,“比水污染、空气污染更难治理”,所以导致国家相关部委对最后形成的调查结论慎之又慎。

  “如果真要准确摸清楚全国土壤重金属污染现状,还需要进行加密调查”,“毕竟土壤调查涉及许多专业问题,不是那么简单,比如空间尺度效应,小范围(调查)没问题,大范围(调查)就出问题,还有土壤中重金属含量的准确测定,都相当不容易”,陈称。

  1999年,为掌握北京市土地重金属污染现状,中科院与北京市自然基金合作,对北京市进行高密度取样调查。“平均每100亩地就分布一个样点,整个北京市共取了1000多个调查样点,要是放在全国土壤调查里边,按调查标准,就只有200多个样点”,陈同斌介绍,他的一个40多人的科研团队,几年后,拿出一份《北京市土壤和蔬菜(农产品)重金属调查和健康风险评估》。

  虽然这份调查结果至今也未公开披露,但陈表示:“调查结果证明土壤重金属污染比较严重”。从事土壤修复研究多年的他分析,不规范的采矿业及其下游冶炼产业,是造成土地重金属污染的元凶,同时西南山地多雨,极易扩散,健康风险度高,全国重点防治地区应在我国矿业发展密集的西南地区,同时长三角等地也污染严重。“从污染面积上看,国内专家认为镉污染最严重,但如果从健康风险评估角度,我认为是类金属砷污染,因为砷的致命剂量非常小”。

  华南地区一位也参与了全国土壤重金属污染调查的专家,证实“全国状况不容乐观”,“重金属土壤污染面积肯定不小于国土面积的5%”。


城市“毒地” 全国城市重金属污染地块估计有七八百块,绝大部分尚未动工修复

  人们通常将密度大于4.5克/立方厘米、原子量大于55的金属,称为重金属,而从环境污染方面所讲的重金属,又通常是指汞(H g)、镉(C d)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(A s)等有毒有害物质。

  受到污染的沉默土地,也能直接危及人类的健康。上世纪60年代,土壤重金属污染危害,第一次在美国出现,向人们敲响了警钟。

  在美国西部一个名叫幸福谷的地方,随着城市扩张,人们在新城区住上了新盖的楼房不久,居民便发现相继生病。经专业调查,发现盖房子的地方,原来是一家农药厂,该厂厂址处的土地已被重金属污染,正是天天生活于受污染的土壤之上,让人们相继病倒。

  通过这次幸福谷事件,土壤重金属污染危害防治,进入了科学家视野。科学家发现,受到重金属污染的土地,大多分为两种,一为农田或耕地,一为城市用地。在城市,那些受到重金属污染的土地,往往同时也伴随有挥发性或半挥发性多氯联苯、多环芳烃、卤代烃等有机污染。

  其后,英国科学家阿仑贝克通过实验,将1平方米的重金属污染土地成功修复,使得土壤重金属污染修复技术从实验室进入实际运用阶段。“虽然只有1平方米,但它无疑是一个伟大的进步”,陈同斌介绍,此后世界各国都开始了各种各样的土壤重金属修复技术研究,涉及物理、化学、微生物、生物修复等各个领域,但截至目前,真正具有可推广前景、可能成规模利用的修复技术不超过10种。

  2006年,北京地铁5号线在宋家庄站一带开挖时,尽管工人们是在地底27米的深处施工,可还是有两名施工工人莫名其妙被熏倒。中科院地化所专家赶到现场,发现施工地面原来是一家农药厂厂址,后农药厂搬离市区,但土地却已被重金属污染。消息不胫而走,宋家庄房价当年顿跌了1000多元/平方米。

  据现场调查估算,宋家庄地铁站下受污染土地总共约10万吨。当时有专家建议将这些受污染土地挖出来拉去焚烧,然后添加水泥,最后可烧制产生约1000吨的水泥。“且不要说受污染土地焚烧会产生更要命的污染物质二恶英,就是最后产出的水泥,其质量也是劣质水泥,在北京这样的大城市,生产制造用低等水泥,经济上也不划算”,陈同斌透露,这个焚烧方案最终未能通过。

  由于正处于奥运会前夕,北京相关方面非常着急,希望能不惜代价修复这些受污染土地。“从理论上讲,只要不计较成本,怎样的污染土地都能修复,但要求在不到两个月时间内完全修复,就无法做到”,中科院地化所表示。最后,这10万吨受污染土层,全部被密封送走,当作危废物品储存至今。

  “由于城市扩张,导致一些原先分布在城市外围郊区的农药厂、化肥厂、化工厂等变作城市中心区,在改变土地用途时,出现土壤重金属污染状况”,中科院地化所估算,目前全国城市受重金属污染地块共有七八百块,绝大部分还未动工修复。


蜈蚣草之功 面积达1000-2000亩,成为世界最大面积的砷污染农田修复项目

  除城市重金属污染地块外,在未规范开采、冶炼的矿山附近,露天堆放的矿渣或者溶于废水后无色无味的重金属,也极易不知不觉地潜入附近农田,使农田深受其害。

  2009年,由于大量村民被体检查出尿镉超标,湖南浏阳镇头镇一带爆出镉中毒事件。原来在靠近村子边上的一家化工厂,由于环保措施不到位,冶炼矿渣露天堆放,工厂废水偷排,一遇上下雨天,厂区含镉废水流出,不仅污染了附近大片农田,而且流入了村民水井中,导致多人慢性中毒。“人病了还可以上医院,农田怎么办?”依靠土地为生的当地农民忧心如焚。

  去年夏天,在修复之前,记者看到大片受污染的水田里依然种满青青水稻。然而,水稻是一种特别容易富集镉的植物,这些产出的镉米最终还是将流向市场。

  如何大面积修复重金属污染农田,一直是个世界难题。当年在日本“痛痛病”的发源地——富士县神通川流域,在修复被镉污染农田时,就是采取去表土15厘米、并压实心土,结果在连续淹水的条件下,稻米中的镉含量小于0.4m g/kg。但对于污染面积总计1万多亩的湖南镉污染农田,运用去土治理显然也将工程巨大,更大的问题是:换出来的污染土层,又将放哪安全保存,从而避免二次污染呢?

  经测算,跟物理修复技术相比,生物修复技术的成本往往只占前者1/10-1/100,而且安全性高,对动辄大面积亟需治理的受污染农田比较适用。

  为寻找一种安全、经济的重金属污染农田修复方式,1998-1999年间,陈同斌和他的科研团队在前期大量研究的基础上,决定遵循进化论思维,到南方去刻意寻找根治土壤重金属污染的植物克星。“南方温暖潮湿,生物多样性高,从概率上讲,在南方寻找到重金属超富积植物的可能性要大”,陈形容,这种植物既要对土壤重金壤具有超强吸收能力,同时还要易养活、生物量大,而通常植物身上,这两者特性不能兼具。

  中国砷储量占到世界70%,但却多为伴生矿,开采利用价值不大。研究方向一直盯紧砷污染防治的陈同斌及其研究团队,将寻找超富集植物的目光,首先锁住了国内砷最为集中分布地带之一的广西环江地区。经过长达2-3年研究找寻,一座有着1500多年历史的石门矿被科研人员发现,并将该矿附近100多种植物纳入搜索圈。经层层筛选以及遗传性能鉴定,当地大量存在的一种优势植物——蜈蚣草胜出。

  “一般植物土壤中砷含量达到50个ppm还能活,在植物体内,由于植物通常不吸收这种有毒物质,更不愿向其地上部分转移,但蜈蚣草中的砷含量竟可以达到1-2%,而且多集中于地上部分,一年可以收割三次之多”,陈同斌做了一个对比,蜈蚣草对土壤重金属砷的吸收能力相当于普通植物的20万倍,而且蕨类植物蜈蚣草生物量超大,在收割焚烧其地面部分后,残存的重金属含量已非常低。“两三个月内可以将土壤重金属含量降到安全阈值,三至五年内则可以完全修复”。

  五六年前,广东华南农业大学、中山大学、广东省土壤研究所等一批科研机构针对土壤重金属污染治理,相继展开物化、生物、微生物技术等方面研究。2005年,刚从日本留学回国的广东省土壤研究所陈能场博士,则选择了粤北进行镉污染农田修复实验。在一块约6亩大小的田地里,陈先后尝试了硅肥和水分管理、叶片调理剂等多种方式尝试,最终陈将一种高富集镉的水稻引种过来,通过轮作和间作(高富集水稻与玉米等经济作物)的方式,来修复镉中毒农田。“从治理效果看,边生产边修复这种方式相对成熟”,目前仍在实验之中,陈能场表示。此外,专门针对镉污染的另一种筛选植物——东南景天,在国内已有上百亩实验基地。

  据统计,针对国内土壤重金属污染治理的植物优选品种,一度多达40多个。“真正适用的生物修复技术不多”,陈同斌透露,今年10月,由国家总投入2450多万元的蜈蚣草修复项目,已经在广西环江地区、云南个旧、湖南、江西等地成规模展开,总修复农田面积达到1000-2000亩。“这将是世界范围内最大的重金属污染农田修复面积”,陈同时承认,该技术进一步推广应用还需要国家从政策上补贴农民,“每亩修复成本需要2000-5000元不等,至少买种苗还得靠政府补贴、引导”。

  然而,也有科学家对包括换土、淋洗、生物技术等看似热闹的土壤重金属修复技术前景感到沮丧。广东省政协委员、华南农业大学博导陈日远教授认为,目前国内寻找治理重金属污染的生物修复途径,主要是从对土壤重金属超富集和非富集作物两个方向着手找寻,“但从目前来看,国内科学家还没有找到一种经济、有效、适合大规模农田治理的科学修复模式,大多土壤重金属治理模式还处于实验室摸索阶段”。