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新的以色列研究显示了清洁土壤的有效且环保的方法

来源:更新时间:2021-10-12

任何看过 1986 年经典电影《恐怖小店》的人都会记得奥黛丽二世,这是一种会说话的食肉植物,对人血有食欲。虽然影片的故事创作自由与工厂的能力,奥黛丽II的性格是由天然存在的菌群像启发捕蝇草(捕蝇草),并从猪笼草猪笼草科,瓶子草科,并Cephalotaceae家庭吞吃花蜜寻找昆虫。甚至可以从奥黛丽二世的演讲(尽管为了戏剧效果而夸大其词)与一些植物能够通过化学信号相互交流的自然现象进行类比。

植物表现出的非常规能力的清单还不止于此。今年 7 月在特拉维夫举行的第49届科学与环境年会上发表的一项新的以色列研究揭示了某些植物可以执行的另一种令人惊讶的生态系统服务——从受污染的植物中吸收和去除异常大量污染金属的能力土壤。镉是肥料中常见的金属成分,就是一个常见的例子。奇怪的是,研究人员发现,如果这些植物被欺骗认为它们正在被攻击或吃掉,它们可以更快地净化土壤。

被金属污染的土壤

在以色列和世界各地,人为造成的土壤污染已成为现代工业和基础设施活动的普遍后果。由于燃料精炼、农药和化肥的使用、军事活动以及城市污水和垃圾填埋场的存在,重金属最终渗入地下水和土壤层。这不仅使环境中毒,而且使我们面临通过饮用水或食用农产品直接接触的风险。

“几年前,当我游览印度时,我亲眼目睹了环境和水源的污染,”特拉维夫大学环境与地球科学学院的研究生兼首席研究员 Eyal Grossman 说。看到它的眼花缭乱和它带来的艰辛,他明白了治理污染的重要性。“我有一个梦想,就是用自然的方法来处理金属污染,”他补充道。

那么,有多少土壤被重金属污染了呢?随着工业、农业和城市化的兴起,很难给它一个准确的、确定的值,因为土壤污染的报告正在积极提交。事实上,迄今为止,全世界报告的土壤污染地点超过 1000 万个,其中一半以上被重金属和/或类金属污染。据格罗斯曼称,目前估计欧洲大陆 28% 的土壤被一种或多种重金属污染,其浓度高于芬兰环境保护部 (MoEP) 设定的阈值。

这似乎是一个普遍的环境困境,它延伸到包括以色列在内的所有半高度工业化国家。继 2014 年进行的土地污染调查之后,以色列的 MoEP 确定了整个以色列的23,100 个局部地区,这些地区正在或可能因当前或以前的活动而受到污染。

以色列的沿海含水层就是一个典型的例子。在加油站、工业厂房、军事基地和垃圾填埋场之间,沿海平原地区多年来受到重金属的严重污染;到 2018 年,沿海平原8%的可用饮用水受到污染,近 200 个地下水钻探点(约占以色列钻探点的四分之一)被关闭。

修补土地不是一件小事;也不便宜。在挖掘、运输和处理受污染的土壤之间,仅在以色列修复土地的费用就总计约 98 亿新谢克尔(30.35 亿美元),这一数额是污染者自己支付的绝大部分。这种财政负担的不同版本在每个工业化国家都上演,每年对全球经济产生的累积影响超过100 亿美元。

“污染土壤的金属的问题在于它们不会分解,”Eyal Grossman 说。

如果没有适当的土壤处理和污染源头治理,土壤中重金属的浓度将保持不变并可能增加。然而,金属不会停留在土壤中的一个地方,这就是问题的开始。金属被植物吸收,不可避免地向食物链上游移动。例如,在农业领域,源自化肥、杀虫剂、灌溉废水、生物固体和粪便的有害金属可能会在农作物和农场动物进入我们的餐桌之前积聚。也就是说,如果金属以某种方式首先避免渗入我们的地下水,然后污染我们玻璃杯中的饮用水。

无论哪种方式,环境都会受到影响,公众健康可能会受到严重危害,尤其是在铅、砷或镉方面——所有常见的金属污染物都特别有毒。

让自然做它的事

IARC(国际癌症研究机构)将其定义为人类的明确致癌物,尤其是接触镉会导致健康并发症,例如肾损伤和骨骼畸形。在环境方面,例如,黄樟 (Sassafras tzumu) 中的高浓度镉会损害树木的光合作用能力。

出于以色列这项新研究的目的,研究人员对植物修复进行了修补,这是一种基于植物的策略,旨在使用某些符合超积累性的植物来降低土壤中污染物的生物有效性:植物在储存特定物质方面的效率提高了数百或数千倍。其有机组织中的金属和类金属比大多数植物认为的正常水平高。为什么这些植物会这样做?

“今天最常见的假设是超积累植物将金属吸收到体内并将它们转移到叶子上,以防止害虫避开金属,”格罗斯曼说。

迄今为止,已经确定了大约721 种超积累植物,其中包括众所周知的植物,如向日葵、玉米和油菜籽(从中提取菜籽油)。

“通常,受污染的土壤会被推土机清除并送往处理设施,这需要花费大量资金,或者干脆将其掩埋在别处,在这种情况下,污染只是被转移,问题仍未解决,”格罗斯曼解释道。

但是,有了数百种已确定的超富集植物和众所周知的植物修复过程,我们可以坐下来让大自然“做自己的事”。根据嵌入特定地点的可疑或已知金属污染物,可以在该地区种植某些超富集植物,这些植物可以理想地将金属吸收到其组织中,从而随着时间的推移提高土壤肥力。然后,在收获植物后,金属将从环境中去除,而不会产生额外费用或损坏土地本身。

此外,这些填充金属的植物可能会继续成为一种重要的原材料,而不是最终成为废弃的有机废物并完全违背其目的。

“很多时候,生物燃料可以由受污染的植物制成,”格罗斯曼说。

然而,迄今为止,除实验室和温室之外,几乎没有使用污染物去除方法。格罗斯曼在他的研究中指出,这种方法被忽视的主要原因是植物的生长速度相对较慢。这意味着可能需要数年时间才能彻底清除土壤中的所有污染物,因此该方法通常不被认为具有经济可行性,尤其是在以色列,由于房地产和基础设施开发的压力,通常会进行快速土地恢复,两者都需要立即解决。

加快进程?

由于通过植物修复恢复一片土地所需的时间比预期的要短,研究人员想知道什么可能会加速这一过程,从而使该策略在经济上更可行。研究人员发现的解决方案很不寻常:对植物造成损害。

研究人员将镉注入 80 种常见向日葵植物的盆栽土壤中,然后让一组植物“认为”它们受到了昆虫的袭击。为此,他们用牙签在叶子上打了小孔,然后用植物激素茉莉酸喷洒。“当害虫攻击它们时,几乎所有植物都会产生它,它会触发植物的防御机制,”格罗斯曼解释说。

研究结果令人鼓舞。与未接受任何特殊处理的向日葵组相比,喷酸和穿孔的向日葵组吸收的镉量高出 40%。根据格罗斯曼的说法,这相当于将有效植物修复所需的时间缩短了近一半。另外,需要注意的是,喷洒打孔处理的向日葵没有受到任何抑制性损伤。相反,那组经过处理的向日葵与未经处理的组长得相同。

“我们已经在进行下一个实验,其中我们将检查镉是否也储存在植物体内,而不仅仅是它的叶子。也就是说,植物吸收的镉是否比我们想象的更多,”格罗斯曼解释道。

“我呼吁拥有即将被废弃的受污染土地的市政当局和地方议会与学术界合作,”格罗斯曼说。“遗憾的是,当你采用可行的绿色修复方法和技术时,污染场地将继续损害土地和公众的健康,这将净化土地,造福于我们所有人。”

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