生态修复，挥向重金属污染的“绿色利剑”
生态安全，首先要保证源头的安全
这是一个让人心情沉重的数字，4月17日，环保部、国土资源部在历经八年调查后共同发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示：全国土壤总的点位超标率为16.1％，耕地点位超标率为19.4％，中重度污染率分别达到了2.6％与2.9％，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大。
污染从何而来？首要原因被确认为工矿企业生产排放的废气、废水和废渣，尾矿渣、危险废物等导致其周边土壤污染尤为严重。近日印发的《〈湖南省湘江保护条例〉实施方案》中，“截污”的矛头亦直指尾矿库、渣场、冶炼与化工污染场地等重金属污染源头。
“湖南是‘有色金属之乡’，采选、冶炼、化工等企业的尾矿库、废弃物等一旦处理不好，与之伴生的镉、砷等重金属就会像‘肿瘤’一样成为污染源。一遇降水，重金属污染物被带到附近的农田和村庄，或随着地表水和地下水向下游流动，影响更大区域的生态安全。目前，湖南遭受中重度污染的耕地约有260万亩至300万亩，首要原因就在于此。对湘江的治理，重点应控制污染源，这样才不会进入一边治理一边污染的怪圈。生态安全，首先要保证源头的安全。”
说起重金属污染源头治理，中南林业科技大学环境科学与工程研究所教授、湖南绿色发展研究院副院长吴晓芙可以说有20余年的经验了，他带领项目组建立的《重金属污染区生态修复与水环境保护技术模式》，已被列入科技部科技惠民计划成果推广库，最近，又有两项核心技术成果获得国家发明专利。
“国际国内处理重金属污染区常用的方法是，在表层覆盖0.5米深的土，这样治理，重金属残留在矿渣中，污染扩散没有得到控制，土地的利用价值也很低。我们要实现的，除了去除土壤重金属，还要迅速恢复植被和景观，同时提高土地的利用价值，这才是真正意义上的生态修复。”吴晓芙告诉记者，去除土壤重金属的途径，一是固定（或钝化）重金属，将有效态转化为无效态，使其有效浓度降低到无害的水平；二是去除土壤重金属，通过淋洗、生物吸收等途径，使土壤重金属的总量降低到无害的水平。项目组这些年通过2项国际合作项目和9项国家与省部级环境领域的科技项目，就是在建立一种技术模式，兼具生物固定和生物去除功能，同时具有重建植被、降低水土流失、改善土壤生态环境等功能。
常规的植物修复技术，修复期间仍然存在由降水导致的重金属迁移扩散问题，对此，项目组提出了新的技术路线：应用专用有机菌肥改良根际土壤，采用植物群落模式技术迅速修复大面积污染区的植被和景观，运用生态拦截净化技术控制水土流失，阻隔重金属迁移扩散。
在项目组拥有的6项国家发明专利的核心技术成果中，涉及适用于南方重金属污染区的生态拦截净化系统和方法、亚热带地区人工湿地暖季与冷季植物套种配种方法，以及专用有机菌肥制法等物理、化学、生物治理多个层面，实现了生态修复的复合型治理。
“在我们的生态拦截净化系统，三级人工湿地单元分别把复合态的污染物、铅锌镉等阳离子和铬砷等阴离子进行有效拦截，目前国内外只有我们开发和应用了这一技术。” 吴晓芙说，目前采用这套技术模式，1年内能使土壤重金属的生物毒性降低到正常水平，2至3年能使植被覆盖率达到90%以上，水土流失量降低90%，处理后的出水达到国家有关地表水、地下水质量标准三类标准。在湘潭锰矿、株洲清水塘工业污染区等地1000余亩污染区示范推广应用中，成效显著。
一年四季“抓得住”重金属的植物群落
修复大面积污染区的植被和景观需要大量特殊种苗，却难以在市场上买到，这时候，环境治理专家“变身”为植物学家，自己动手建立抗污染植物资源库。
“我们的选择要兼顾两个方面，一是一年四季都有植物在起作用，二是针对不同的矿区，要找到吸收重金属的特别树种和配置适用的有机菌肥。这就有点像医生开处方治病，首先是药不能断，其次是药要有针对性。”项目组研究人员介绍说，如果一年中前三个季度植物修复技术运用正常，可一到万物凋零的冬季，植物也“冬眠”了，治理的效果就会大打折扣。“只有构建一年四季都‘抓得住’重金属的季相植物群落，才不怕水土流失。”
中南林业科技大学生命科学院副院长王平告诉记者，项目组在重金属污染区调查收集135种生态修复植物，通过盆栽实验，确定了52种建群植物用于重金属污染治理，“哪一种植物在污染环境下生长得很好，对重金属富集量大，经济价值高，就是我们选择的对象。52种植物中，有先锋植物、用材植物，也有工业原料植物、能源植物与景观植物等，‘多兵种’作战，构成季相植物群落。”
“这五大‘生态－经济型’植物种类，没有一类植物是用来吃的，就是防止它进入我们的食物链。只要不进入食物链，我们完全可以让它发挥更大的作用。”吴晓芙还提到，52种建群植物中，大多数都有很高的经济价值，能让当地老百姓增加收入。目前，项目组在东江水库水源地的铅锌尾矿库，就建立了50亩种有乌臼、光皮树等能源植物的生态修复示范工程。
最近，项目组又有一项泡桐树专用肥制法获得了国家专利，这一类专用有机菌肥，在起着什么作用呢？研究人员发现，在不同矿区，总有相应的微生物抗重金属污染的能力特别强，对钝化重金属起着重要的作用，“我们就要分离出这样的微生物菌株，培养成菌剂，再与适合不同树种的肥料结合制成有机菌肥。”吴晓芙告诉记者，这种菌肥，除了向植物供肥，相关的化学物质和抗污染菌种还能固定吸附住重金属，抑制植物对它的吸收，促进植物的生长。“今年准备申请针对污染场地类型配置的植物群落模式的专用有机菌肥专利。”
在项目组建立的30000平方米抗污染植物资源库，记者看到，同样种植在被污染土壤里的植物，施用了有机菌肥的，枝繁叶茂，与没有使用菌肥的植物呈现出很大的生长差异，重金属对植物的毒害降低了很多。无论是确立建群树种，还是研制有机菌肥，项目组每年都要从矿区运回五六吨矿渣到实验室进行盆栽实验。
生态治污，保护水环境
用于治理重金属污染矿区的三级人工湿地处理系统，源于项目组用来处理城市污水的人工湿地技术，自2009年起，吴晓芙带领的项目组作为技术顾问，开始指导长沙洋湖人工湿地污水处理系统和洋湖湿地公园建设。
“洋湖湿地公园的最大特色是利用生态技术深度处理城市污水，使洋湖、含浦片区52平方公里污水变废为宝。”王平告诉记者，湖南洋湖再生水厂作为国内首家生态再生水厂，运用生态工艺处理城市生活污水，不仅运营成本降低60%以上，现每天可为湿地公园提供2万吨景观用水，为片区提供2万吨中水，用于生产和绿化等。
“我们对水环境保护的研究，可以上溯至上世纪90年代初，那时候我就跟着吴老师着手株洲环境污染治理。”王平告诉记者，湘江治污，株洲是关键环节，1990年，吴晓芙从挪威留学归国后，于1995年启动了中挪合作株洲市环境工程项目。项目组建设了包括污水处理厂、直饮水厂等在内的3个示范工程，在它们的带动下，株洲的污水处理厂这些年来由1个增加到4个，日处理污水能力也由1万吨增加到几十万吨。
“不管是重金属污染区的生态治理，还是城市污水的安全处理，最终都归结为对水环境的保护，水是生命之源。”吴晓芙提到，他们正在实施的科技部“十一五”科技支撑项目，即资兴东江水库水源地铅锌矿区废弃地植被生态修复与安全屏障建设技术试验示范，就是对我省战备饮用水源库的提前治理和保护。
“东江水库，储水量是洞庭湖的一半，是我省的战备饮用水源库，对水质的要求非常高。可你看这条小溪，是东江水库的水源地之一，可岸边像小山一样的矿渣，你能想象它对水源的污染吗？”吴晓芙指着一张照片告诉记者，像这种尾矿渣，在东江水库的水源地不止一个，构成了巨大隐患。“我们正在其中一个矿区建立了生态拦截带，种植了能源植物，若治理效果显著，就可以推广。”
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