专访|仇荣亮教授土壤修复创新团队: “土”时代总有一天会到来

iSYSU 2016-12-01 00:11

▌环境科学与工程学院院长仇荣亮教授所带领的土壤修复创新团队,由教授2名、副教授8名、讲师(工程师)3名、研究生近40名组成,在土壤污染植物、微生物、化学'...

▌环境科学与工程学院院长仇荣亮教授所带领的土壤修复创新团队,由教授2名、副教授8名、讲师(工程师)3名、研究生近40名组成,在土壤污染植物、微生物、化学修复方面取得突出成果。

▌近五年发表学术论文约200篇(SCI收录84篇),申请国家发明专利18项(11项已获授权)。

▌近年主持国家级、省部级项目40多项,在广东韶关、从化、清远、番禺、广州、云南蒙自、江西定南等地建立了8个生态恢复、植物修复和化学修复研究基地。

过去的十多年里,我总在说一句话——‘It’s time for soil’,关注土壤问题的时代,总有一天会到来。

2000年夏天,仇荣亮搭上自美国返回中国的航班。此前的十八个月里,他一直在美国农业部环境化学实验室担任访问科学家。

回国不久后,仇荣亮带着他的学生到东北、甘肃、云南等地进行土壤修复领域的野外调查。“野外调查要碰运气,很多时候研究没有进展,面临着‘下岗’的压力。”仇荣亮说。

他们一路跋涉进长白山,山外山里是两重天,一下子就从酷暑坠入严寒。大家带的衣服不够,几位女生都冻得打哆嗦。“晚上要烧炕,当地人把最热的炕让给我们睡。”

他们也到过云南兰坪,那儿有亚洲最大的铅锌矿。辗转到达昆明后,仇荣亮跟学生们挤在夜行火车的狭小车厢,在群星消散晨曦泛起的那一瞬,赶到了兰坪。接下来,风尘仆仆的他们又坐上了乡民的拖拉机,奔赴矿地。

十六年后,仇荣亮作为环保部土壤修复领域专家组的成员,再次前往兰坪调研。故地重游,他有许多感慨。“过去的十多年里,我总在说一句话——‘It's time for soil’,关注土壤问题的时代,总有一天会到来。现在这个愿望已经实现了,很多故事说起来简单,做起来真的特别困难。”

植物-化学联合修复

实现污染农田安全生产

在国内,仇荣亮的团队是最早开展重金属污染土壤植物修复的研究团队之一。

他们主要采用以植物提取、植物阻隔、植物稳定为核心的植物-化学联合修复技术,针对低、中、高不同污染程度的农田,利用不同的修复植物与农作物进行间套种,同时结合包括土壤酸碱调理剂及铁硅基重金属固定剂在内的化学改良剂的施用,达到污染农田安全生产的目的。

植物提取

“第一个五年计划”

2001年,国家开始重点关注土壤重金属污染问题,仇荣亮得到了他的第一个“863”项目。

韶关大宝山多金属矿区,是他们的第一站。

大宝山上坝村,被称为“死亡村庄”。3000多名上坝村民,从1987年起的十来年间,有250人相继死于癌症。仇荣亮团队怀着满腔热情来到大宝山,希望可以利用超富集植物将污染土壤中的金属吸收出来,乃至实现重金属的回收利用。

团队的苦心,却得不到当地村民的认可。仇荣亮解释道:“最大的问题在于,污染相对不太严重,没有引起足够的重视。”严重的污染会导致一般植物无法存活,污染因此被相对控制在土壤中,不易再扩散。可是,在镉等重金属污染相对轻的土壤里,水稻反而能长得更好,农民依然可以取得经济收益。但同时会导致重金属污染被扩散到食物链,恶劣的生存环境使村民的健康问题亮起了红灯。

“2000年到2005年算是‘第一个五年计划’,后来我的想法有了很大的转变。”农民对植物提取治理方法的抵触,让仇荣亮开始思考:是否有另一种方式,在解决土壤污染问题的同时,又能保证经济效益?

植物隔离

实现“舌尖上的安全”

仇荣亮团队一方面延续第一个“863”项目的探索,继续从事超富集植物提取重金属的研究工作。另一方面,他们又创新性提出“植物阻隔”概念,关注如何从污染土壤中产出合格的稻米。

“植物阻隔”的理念,走在了世界前列。“我们查遍了国内外的文献,没有看到这种方法。起了第一个名字叫‘植物屏蔽’,后来确定叫‘植物阻隔’。

筛选植物品种

团队调查了广东省内所有的水稻品种。发现在同一种土壤里,不同水稻品种吸收金属量的高低相差数倍。团队进行大量基础性的研究工作,筛选出在污染土壤中可实现安全种植的水稻品种。

但新出现的问题,让仇荣亮十分苦恼——吸收金属量高的水稻品种,正是种植面积广,极受农民与消费者欢迎的杂交稻。面对这种情况,他们该如何是好?

化学固定

团队采取添加化学改良剂的措施,努力将重金属固定在地下土壤。对于已经向植物扩散的金属,团队通过微生物技术,将污染元素吸附在植物的体膜外,或是沉淀在茎秆当中,从而形成一道隔绝金属污染的屏障。

此外,团队更着力于促进水稻产量提升。“杂交稻的产量高,要让农民改种吸收金属少的品种,在治理土壤污染的同时,我们还得促进光合作用提高产量。”

从2005年到2012年,团队用了七年时间,构建了重金属中低污染农田的“低累积农作物+改良剂”植物阻隔联合修复模式,既能满足我国人多地少粮食压力大的国情需要,也可为国内外重金属污染农田的治理、修复及利用提供有价值的参考。仇荣亮长舒一气:“十年磨一剑,总算可以基本实现舌尖上的安全了。”

植物稳定

生态恢复治理污染源

寸草不生、满目疮痍的重金属矿业废弃地,是土壤污染的源头。对仇荣亮团队来说,不从源头入手解决土壤污染问题,就意味着土壤污染修复的征程永远没有尽头。

在研究与实践开展的过程中,仇荣亮团队始终怀有三个诉求:第一,将污染金属固定在源头,即便在南方暴雨环境中也不会扩散;第二,实现矿业废弃地的植物地表覆盖;第三,希望能同时产生一定的经济效益,对其他地区具有推广性。除此之外,还要考虑成本问题。仇荣亮说:“我们这是给自己提出了高难度要求。”

生物碳

经过综合考虑,仇荣亮团队将寻觅污染土壤改良剂的目光投向了污泥生物碳。

如何处置污水处理厂排出的废弃污泥,是世界性的难题。但团队巧妙运用了废弃污泥生物碳的三项特点:酸中和能力特别强;具有吸附能力,可以固定重金属;可以为植被的长期稳定提供养分。这篇论文被Water Research刊物的审稿人评论为:“论文深入阐明了污泥生物碳的吸附机理,将污泥生物碳转化为重金属吸附固定剂,为水土污染修复提供了好的思路。”并受到国际同行的广泛关注,2012年发表的这篇论文已经成为世界土壤重金属污染修复领域的ESI高引论文。

麻疯树

团队发掘出麻疯树作为土壤重金属污染修复植物的应用潜力,源于偶然。有位印度学生对仇荣亮团队的研究很感兴趣,带了麻疯树的种子来到中大,跟从仇荣亮进行博士后阶段研究。

经过理论分析与实践检验,团队发现麻疯树具有抗旱、耐贫瘠、耐酸、耐受多金属等多项优势。当论文刊发于Int. J. Phytoremedia刊物后,曾引起国际上不少质疑声。连仇荣亮自己也说:“说句实在话,谁会相信麻疯树这么能干?”

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