近日来，对广州餐饮食品及相关产品的抽检结果让人大吃一惊：近一半的大米存在镉含量超标。大米“镉危机”说明人类世世代代生活所依存的土地正面临着一场污染之劫。土壤“生病”了该怎么办？近日，记者从上海交大相关新闻发布会上获悉，该校环境科学与工程学院曹心德教授及其所带领的科研团队，就是修复土地污染的“大地医生”，基于“以废治废”的理念研发出土壤与地下水一体化修复技术，不仅让受污染土壤“恢复健康”，还能在不改变土壤结构与性能的情况下，在重金属与农作物之间形成无形的“墙”，有效防止农作物从土壤中吸收镉、铅等重金属。
受污土壤面积占耕地两成
我们熟悉的土地正变得越来越陌生。因为它“生病”了，也就是土壤受到污染。所谓土壤污染是指“人为活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化，造成农作物中某些指标超过国家标准。 ”曹心德介绍，土壤污染包括无机物污染和有机物污染，像镉、铅、砷等重金属污染属于无机物污染，在整个土壤污染中，重金属污染比例占65%。
目前全国受污染的土壤面积占耕地面积的1/5左右，总面积超过2000万公顷，农田污染修复规模高达50万亿元。随着城市产业结构调整、城市功能转型发展，大量工业用地转为商业居住和公共用地。遗留下来的污染场地，也就是常说的“棕色地块”给城市环境和居民健康造成潜在危害。曹心德教授介绍，目前，像这样的城市污染地块，全国至少有30万块，修复成本高达300多亿元。
“土壤生起病来比较隐蔽，会潜伏，镉一旦进入土壤和食物链，去除就十分困难。”曹教授说。以镉污染为例，土壤中的镉一方面来源于采矿、冶炼行业排放的废渣、废水以及各类工厂排放的废气；另一方面，大量使用的农业化肥，特别是磷肥也会促使土壤镉超标。镉进入土壤后，其污染具有长期性、隐蔽性、不均匀性等，很难将其去除。
联合国食品准则委员会规定大米中镉含量不得超过0.4mg/kg，欧盟规定大米中镉含量不得超过0.2mg/kg，中国的标准也是大米中镉含量不得超过0.2mg/kg。曹心德教授介绍：镉米被人体摄入后约95%直接从粪便排出，但仍有5%为人体所吸收。人体吸收的镉约1/3会积累在肾脏，1/4在肝脏，肾脏积累的镉达到200mg/kg后会导致肾衰竭。镉还能通过干扰内分泌系统对人体健康产生不良影响。“镉中毒更大的麻烦在于它的长期性。 ”
三重组合拳让土地“康复”
土壤中重金属超标，土壤就受到污染。曹心德教授带领团队研发土壤与地下水一体化修复技术，对治理土地污染打出三组重拳。
第一组重拳是通过重金属污染土壤的原位化学钝化技术，让土壤中不稳定的重金属变“老实”。曹心德说，向污染土壤中添加基于固体废物制备的碳、硅、磷材料，通过吸附、沉淀、络合、离子交换等一系列反应，使重金属向较为稳定化的形态转变，降低重金属的可迁移性和生物可利用性，达到污染土壤修复的目的。
第二组重拳是超累积植物吸收技术，即种植“吃”重金属的植物，它们被栽到土壤中，可有效“吃掉”农田里的镉、砷、铜、铅等重金属污染物。
第三组重拳是地下水修复技术。即将受重金属污染的地下水抽提到地表，再洒向已添加稳定化剂的土壤中，经土壤“滞留”、植物“过滤”，修复后的地下水又回到地下水层。
曹教授举例说：在铅污染土壤中添加1-2%磷基材料，经过40天的修复，污染地下水中铅的去除率高达91%，同时土壤CaCl2提取态铅和TCLP提取态铅与对照组相比，分别下降了60.5%和62.8%。其团队研发的土壤与地下水一体化修复技术，就是把这三组重拳巧妙结合，形成良性循环，既把受重金属污染的地下水净化为可供农田灌溉水，又让土壤中的重金属毒性大大降低。 “通过土壤与地下水一体化修复技术，土地恢复‘健康’，农作物的生长、灌溉环境得到改善，这就给结出的果实上了一份天然的‘保险’。”
废弃物变“吸盘”可双重吸附
曹教授独辟蹊径，提出 “以废治废”的理念。他用矿物尾料、生物质废弃物制备含碳、硅、磷基材料，用于土壤中污染物的稳定化修复。以用某些生物质废弃物制备生物炭为例，这种生物炭是一种独特的吸附剂，可以像“吸盘”一样，对重金属和有机污染物具有双重吸附作用。
曹教授说，生物质废弃物是指农作物秸秆、蓝藻、木屑、稻壳、牛粪等材料。 “我国是一个农业大国，拥有丰富的生物质废弃物资源，每年约有10亿吨农作物秸秆被焚烧，大气中的CO2高达30%都源于这些生物质废弃物的返田和焚烧处理。”这些生物质废物并不是废料，而是创造生物炭的“宝贝”。这些“宝贝”在限氧和低于700℃条件下，被制成生物炭，通过农业机械设备将生物炭输入土壤中。这些生物炭就像“吸盘”一样，将土壤中的铅、镉等重金属钝化封锁，防止农作物对重金属的吸收。此外，生物炭还可以吸附莠去津等除草剂，防止农作物对除草剂的吸收。
除此之外，生物炭对土壤还有其他生态效应。曹教授举例说，生物炭最初是作为固碳材料提出的，当生物炭输入土壤后不仅发挥固碳增汇作用，还可以阻隔重金属、有机污染物的迁移，同时增加土壤持水量，提高土壤中的阳离子交换能力，丰富土壤中的氮磷等营养元素，提高作物的产量。生物炭是一种绿色资源，它本身不会破坏土壤原有的结构，从修复土壤功能角度讲，它的作用就是在农作物和造成土壤污染的重金属之间筑起一堵“墙”，把重金属挡在农作物的墙外。
“土地修复”正逐渐被接受
曹心德教授团队的“大地医生”常碰到这样的疑惑：农民会问“我的土地挺肥沃的，也看不出有什么被污染的，你们土地一修复，万一把土地的肥料给修没了怎么办？ ”碰到这样的情况，“大地医生”们都要耐心地给他们作出解释。听到专家们说，新技术不会破坏土壤的结构和减少土壤的养分，农民们还是半信半疑。
“这很正常！”曹心德教授解释，土地修复还是一个新事物，从刚接触新事物，到接受它，再到运用它，总要有一个过程。对于土壤修复技术的未来，曹教授充满信心。随着土壤污染日益凸显，国家高度重视土壤污染的控制与修复。 2011年4月，我国首个“十二五”专项规划——《重金属污染综合防治“十二五”规划》获得国务院批复。2012年2月，环保部制定的《土壤环保“十二五”规划》公布，首先启动污染场地治理与修复试点示范。中央实行“4+1”政策开展污染土壤修复。
曹心德教授预测，综合运用固废基稳定化材料以及土壤与地下水一体化修复技术，可使目前修复土地的费用降低至少一半。随着人们环保理念和土壤保护意识的增强，土地修复技术将会大有作为。
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