核心提示
●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。
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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?
植物阻隔: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?”
而今,以植物稳定土壤重金属的思路,拓展了土壤污染治理的研究方法,在理论和应用上都具有开拓性意义。
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最难忘是赣州的云:自费治理废弃稀土矿
团队主持的重点基金项目不计其数,而留给仇荣亮最深刻印象的却是他们在2011年底在江西赣州定南开展的废弃稀土矿治理工作。
中国作为世界稀土资源的主要供应国,曾因稀土出口配额控制问题引起社会热议。在仇荣亮来到定南之前,他没想到,贵为“工业黄金”的稀土,竟是以这般低廉的价格出口国外,又是以那样严重的土壤污染和生态破坏为代价的。仇荣亮痛心地说:“当时在我眼前的景象,真是满目疮痍,触目惊心!”
和从前的项目都不一样,这次纯属团队自费开展的研究。“当时课题组的研究重心都在重金属领域,在稀土领域没有基础,企业看不到盈利前景,只能由团队自己投资。”仇荣亮愧疚道:“很对不起团队里的老师同学,所有的钱都投入了有价值但看不到前景的稀土矿山修复领域。”
团队成员刘文深博士回想起那段时光,也不禁感慨:“最开始压力真的很大,团队每天8小时在太阳底下晒,一直在倒贴钱。”2015年6月,是团队神经绷得最紧的时候。“那段时间我头发掉得特别厉害,”刘文深说,“团队这么长时间的努力有没有成效,就靠老天来检验了。”
奔波在赣州与广州两地,团队逐渐摸索出稀土治理和土壤改良的方法。也许是老天有意让这份成功的喜悦来得更惊心动魄一些,那个雨季的雨来得特别迟,但终究是来了,而且来得喜人。原本寸草不生的废弃稀土矿,最终重焕生机。
虽然辛苦,但团队成员都甘之如饴。在每个人的相册里,还存着那段时光的美好记忆:“黑照”里的各种“表情包”,天与山交接处的绚烂晚霞,群山之巅变幻万千的云……刘文深指点着电脑屏幕:“你看,这是带队的汤老师,他最爱拍赣州的云了。”
成功修复废弃稀土矿后,团队在赣州的实验场地成了当地著名的示范区,被中央电视台等各大媒体进行报道。今年夏天,当刘文深再次回到那片自己曾为之艰苦奋斗过的矿山时,他的心情很复杂。“很有成就感,经历过那段黑暗,一切都很值得。”
“土”的关怀
谈到几十年的研究,仇荣亮笑道:“我是最土最土的博士。我从本科到博士,都是在国内读的,没有‘留洋’。我的三个专业,都是土壤方面的专业。”
◎“顶天立地”的家国情怀
在国内,谈起环境保护,人们更多地会想起大气治理和水治理,土壤问题似乎很少进入关注的视野。仇荣亮的土壤研究工作是寂寞的,“我坐了十年的冷板凳。”
但他的团队今天之所以能在土壤污染修复领域备受认可,也恰恰得益于这段“土”研究领域落寞的时光。仇荣亮一直期盼致力于环境工作的学子能够“顶天立地”——“顶天”,面向的是国际水平的追求,“立地”,指的是国家需求的担当。
据中国科学院文献情报中心2015年发布的报告显示,按照论文发表的产出比统计,在世界上土壤污染修复方向的十大研究机构中,中山大学排名全球第五。团队的研究工作,已然走到了世界的前列。
仇荣亮说:“中国改革开放以后,在很多领域其实都在跟着别人走。慢慢地,才进入平等对话的阶段。但我想,在未来20年或者更长时间里,中国的学术研究,应该从研究兴趣与国家需求结合,面向国际水平,实现与世界一流机构的对话。甚至,我们也有潜力成为领域的核心引领者,去引领这个领域的研究潮流和研究方向。”
要做到“顶天立地”,最难的地方在于耐得住寂寞的那片初心。“我们从事土壤研究,与其他专业最大的一个区别在于,很多时候,你并不知道自己会在研究的过程中收获什么。所以,土壤修复工作者真的需要怀有家国情怀,对发生在身边的环境问题感同身受,为老百姓做一些实实在在的事情。如果只是为名为利,很难做出成绩。”
◎最坏的时代与最好的时代
仇荣亮认为,广东省土壤问题面临着重重困境:中国土壤环境的质量标准跟不上时代的发展,缺乏合理判断污染状况的标准;土壤环境保护法尚未出台,没有法律支撑;缺乏技术层面的支撑,技术储备不足。
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“土壤污染的变异性很大,存在地区差异,没有放之四海皆准的治理手段。”仇荣亮希望能在广东省“土十条”、地级市“土十条”的制定中,因地制宜地落实有效的修复方式。
“这是最坏的时代,也是最好的时代。我们土壤工作者拥有了大展身手的舞台,一方面也感觉到压力很大,希望能真的从技术层面为国家作出一些贡献。”仇荣亮谦逊地说:“现在谈这些为时过早,20年后再对我们的工作进行梳理和总结,可能更有收获。就今日而言,我们做的事还是太少了,期望能做更多。”
团队故事
参与首个地级市“土十条”建设
在国家“土十条”发布一年前,广东省已启动“广东省土壤污染防治条例”编制工作,并于2016年8月正式发布。同时“广东省土壤污染防治行动计划”(广东省“土十条”)也于2016年10月发布。在地级市层面,“佛山市土壤污染防治行动计划”为全国范围内首个地级市环保主管部门提出的区域范围“土十条”编制项目,由仇荣亮教授团队负责实施。
为了编制更为契合佛山市土壤环境质量现状和未来土地利用规划管理要求的“土十条”,项目以摸清佛山市土壤污染状况为前提,因此于今年暑假期间在佛山市开展了大规模的布点采样工作。
由于土壤的固态性质,污染物在土壤中的分布通常是不均匀的,土壤情况不一,也为土壤调查工作带来了很大的困难。经过前期调研,佛山市土壤调查共安排了800多个采样点,中大团队派出5个野外工作小组,分别奔赴佛山各个区域进行采样调查,平均每个小组必须完成170多个点的任务。由于任务重,且对团队协调性和专业性要求很高,中大团队从7月中旬开始,便马不停蹄地在各个采样点之间辗转。广东的七八月,正值炎夏,在酷暑、台风、暴雨和烈日的轮番轰炸中,中大团队的别样故事也拉开帷幕。
佛山一行,有着很多让团队哭笑不得的经历。有一些采样点落在了农户的院子里,团队必须进入农家去调查,而多数农民,并不了解土壤污染是怎么一回事,团队成员有时会遭遇农民的驱赶,“有时真的不好解释,有些农民会说,你们吃饱了没事干啊,土壤肯定没问题啊!”但也有一些农民由衷欢喜团队的到来,“他们对土壤污染没什么概念,比起污染问题,他们更想知道自己的农作物为什么没长好。”
仇院长心疼地说:“野外工作是很艰难的,他们都被折腾得不成人形。”团队成员还曾被不明真相的群众当作小偷关在院子里,或是被狗一路狂追。长时间工作在毫无遮挡的大太阳下,尽管每个人都全副武装,草帽、袖套加各种防晒措施,调查结束时还是每个人都黑了好几圈。提起野外工作的辛苦,团队成员相视一笑,彼此会心的眼神里有一种不言而喻的默契——“晒成人干啊!”
即便如此,回想起每一次的野外工作经历,团队成员都能想起“好玩”的一些事。他们口中的“好玩”,有时在不惧风雨日晒的成长,有时在于团队的默契,有时在于路上的风景,有时关乎远离闹市的内心安宁。
团队中一位今年刚毕业的男生,他有一个奇特的绰号叫“花都一姐”。据说,这个男生第一次去野外调查的时候,“浑身包得只能看见一双眼睛,生怕有一寸皮肤会被太阳打到”,而且每次下山都颤颤巍巍地踏着小碎步匍匐下来。对都市成长的学生来说,顶着大太阳上山、下田,这种经历不可不谓独特。让团队成员惊喜的是,“花都一姐”很快就适应了这种野外工作的特点。“他最后一次参与项目的时候,连伞都不打了,扛起一大袋化肥就往前冲”,“嗯,一姐终于成长为一哥了。”
每一次进行野外实践,对团队来说也像是一次远离尘嚣的出行,城市的人潮和喧闹不再,现代习用的通讯设备暂时安静,大自然馈赠的美景终于有机会向他们敞开心怀。团队的感情,也正是在这些酸甜苦辣里慢慢培养起来的。辛苦工作之余,团队更擅长一同苦中作乐,所到之处的民俗风情,以及方圆几里的特色美食,都成为他们挥汗如雨后最大的慰藉。
8月,如期结束800多个取样点的采集工作,佛山的土壤调查项目终于进入了一个新的阶段。而这,只是中大团队在土壤修复长征路上的小小一步,带着对土壤问题的关切,伴随着新生血液的注入,团队将继续成长、求索与突破。
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国际合作与交流
土壤污染修复与管理团队十分重视对外交流与合作,先后与法国、英国、美国、加拿大、澳大利亚、德国、法国、日本、新加坡等国家及港澳台地区的高校、研究机构等建立了密切的学术交流与科研合作关系。
环境科学与工程一级学科长期与法国洛林大学、澳大利亚格里菲斯大学、荷兰代尔夫特科技大学、美国伊利诺伊大学香槟分校、新加坡国立大学、香港大学、香港科技大学等开展土壤-水体污染控制领域前沿技术的研发合作,如共同承担联合国环境署项目、欧盟第六框架计划项目、美国环保局合作项目、德国罗莎卢森堡基金、香港科技发展基金、广东省对外合作项目等多项合作研发项目。
2011年9月,中山大学土壤污染控制与修复团队与法国国家农业科学院(INRA)签订了合作协议,双方共建土壤环境联合实验室。2012年4月,中法(中山大学-洛林大学)土壤环境联合实验室被列为广东省国际合作基地。2014年11月,法国国家农业科学院、法国洛林大学、中山大学于广州签订合作协议,中法土壤环境联合实验室正式揭牌。该联合实验室的建立,为中法双方在土壤环境污染与修复理论研究和技术研发方面的国际产学研合作奠定了坚实的基础。
为了展开广泛的国际交流并提升国际影响力,中山大学土壤污染控制与修复团队曾主办各种国际交流会议,如中-法环境修复国际研讨会(2003、2005、2010-2015年共8届,在中国和法国轮流举办)、国际土壤学会SUITMA会议、中国土壤环境问题与对策学术研讨会、法国环境科学节暨绿色化学学术研讨会等。
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原标题:“土”时代-专访环境科学与工程学院仇荣亮教授土壤修复创新团队
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