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寻找城市污染治理高效低成本出路,上海破解植物吸“金”密码
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来源:上观新闻 作者:陈玺撼 2022-12-08 20:50
摘要:上海辰山植物园的科研团队“八年磨一剑”。

密集型工业、交通运输等人类活动产生的众多重金属物质是持久性有毒污染物,它们进入城市土壤后,易被植物或微生物吸收利用,继而通过食物链或者扬尘等渠道威胁人体健康。

经过50余年的发展,综合利用物理化学修复技术成为国际上治理污染土壤的主要方式,但存在应用规模有限、成本高昂,以及导致土壤结构破坏、肥力退化和生物活性下降等“痛点”。

上世纪80年代,更加高效且低成本的植物修复技术开始受到关注。近年来,上海园林绿化科研单位也在全力开拓该领域。

今天(12月8日),好消息传来,上海辰山植物园的科研团队“八年磨一剑”,已初步筛选出一批适应性广、能高效富集重金属污染的木本植物,并在桃浦中央绿地等项目试点。

节约绿地管养成本

入冬后,桃浦中央绿地加快了冬季修剪的进度,北面大片的丛生紫薇褪去了“外衣”,以光秃秃的状态养精蓄锐,期待明年盛夏的怒放。

“丛生紫薇、海滨木槿、枫香等,这些都是绿地听取我们的建议后种植的品种。”上海辰山植物园植物生态修复课题组负责人商侃侃告诉解放日报·上观新闻记者,不同植物的重金属污染耐受能力、富集污染物能力千差万别,需要耗费相当长的时间来寻找它们中的“优等生”。

海滨木槿

桃浦中央绿地的前身是遭受污染的工业区,经过大规模的污染治理,土壤已经恢复并达到相关标准要求,但部分土壤离“彻底健康”仍有差距。

以铜污染为例,我国建设用地土壤污染风险筛选值为第一类用地土壤铜含量不超过2000毫克/千克,而农用地土壤污染风险筛选值要求更严苛,pH值高于6.5但不超过7.5的果园土壤铜含量不超过200毫克/千克。

“符合前一种标准要求,可以建公园绿地,但如果按照果园用地的要求来建,环境更优越,可以进一步提升公众的满意度和获得感。”商侃侃表示,栽种抗逆性和污染物富集能力更强的植物,一方面可以降低日后更换抗逆性差植物的管养成本,另一方面可以进一步净化土壤,让公园绿地有朝一日还原到“纯天然”状态。

有园林养护单位算过一笔账,如果“种错”了植物,假设每1000平方米需要补植0.5株乔木、10株灌木、10株草花和1%的草皮,不计人工成本,补植成本约0.36元/平方米。以此推算,一片总用地面积49.76万平方米的绿地一年用在植物更新上的花费就不下10万元。

业内人士指出,这还是相当保守的估计,如果土壤的问题得不到根本改善,植物出现大规模水土不服甚至“中毒”,不得不“重新来过”,那么在绿地管养上的投入可能是“无底洞”。

桃浦中央绿地,做好过冬准备的紫薇

“耐力赛”选拔“扫地僧”

随着研究的深入,许多有趣的“密码”逐渐揭开面纱。有些默默无闻的植物反而“功力”深厚,污染物富集能力极强,堪称植物界的“扫地僧”。

记者在植物生态修复试验场内看到,2000平方米的土地按照长度宽度均为10米的规格划分为20个单元,每个试验周期内,4个单元为一组,种下相同的植物。

种植满一年、二年或三年后,科研人员收割植物,测定植物和土壤里的重金属含量,进而了解不同植物重金属富集能力的强弱。

试验场内的柳树

54种木本植物经过一至三年不等的“耐力赛”,白蜡、白棠子、紫薇、盐肤木、接骨木、刺槐、枫香、构树、山桐子、珊瑚树等10种植物脱颖而出,它们都有较强的污染物富集能力。

有些植物则“偏爱”铜、铅、锌等重金属,“单科”成绩比较突出。

比如,特别能“吃”铜的有泡桐、枫杨、46杨、喜树、杂交新美柳;特别能“吃”铅的有46杨、泡桐、枫杨、杂交新美柳、喜树;特别能“吃”锌的有枫杨、泡桐、46杨、杂交新美柳、2025杨。

其中,枫杨对锌“情有独钟”,试验结果显示,一株枫杨仅地上部分在一个生长周期内就能富集411.23毫克的锌,能力是垫底的南川柳的50多倍。泡桐富集铜的能力则是“一枝独秀”,一株泡桐仅地上部分在一个生长周期内能富集52.42毫克。

科研人员长年观察“耐力赛”后还有了新发现:一个复合重金属土壤单元内,红叶石楠、大叶黄杨、金森女贞经过3年的“试毒”,反而比栽种时规格、年龄、栽种方式相同,但种在健康土壤里的参照植物的长势更盛、性状更佳。

这项发现为将来其他的植物生态修复项目拓宽了思路:不仅要找到特别能“吃”重金属的植物,也要兼顾植物的城市景观效果。

图左为污染试验场内的植物,图右为健康土壤内的植物

缩短周期,寻找出路

在污染土壤治理领域,相比综合利用物理化学修复技术,植物修复技术有很多优势,但需要攻克的难点也不少,尤其是修复周期长和产品附加值低这两大问题。

商侃侃表示,通俗地说,植物修复技术就是将植物当作“海绵”,利用植物根系吸收富集污染物,输送、储存在植物根部及地上部分,再通过刈割、修剪、采伐植物地上部分等手段,把土壤中的污染物移走。

科研人员挖掘试验植物的根系

“植物有其自然生长规律,急不得,但很多污染治理项目难以容忍过长的周期,最终为追求速度,宁愿付出高昂得多的成本。”商侃侃表示,课题组还有一项研究重点是筛选并驯化出一批“速生植物”,它们在快速成长的同时能更高效地富集土壤中的重金属。

在项目的选择上,课题组更愿意挑一些“愿意等”的项目进行试点,比如上海正在全力推进的环城生态公园带项目,许多规划建设或提升改造的公园前身就是外环防护林,现存的植物和土壤长期富集汽车尾气中的重金属等污染物质,在更新植物的过程中,就可以充分采纳已有的科研结论。

此外,富集了重金属的植物目前很难有高附加值的出路。出于观念、安全性等方面的考量,这些植物不能进入食品产业或制成贴近人类生活的生活用品。

目前,欧美等国家或地区也在探索植物富集重金属后的出路,比如用高温制备生物炭、粗生物油等。此过程中,有机分子与重金属离子间的螯合键被打断,各种重金属释放进水溶液,可轻易通过萃取、沉淀等方法实现分离。

题图来源:陈玺撼 摄
文中图片:陈玺撼 摄
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