文|創(chuàng)瞰巴黎 Isabelle Dumé

編輯|Meister Xia

導(dǎo)讀

采礦和冶金帶來了嚴(yán)重的土壤退化，污染水域等生態(tài)系統(tǒng)。如何才能限制污染的擴(kuò)散?研究人員在探索新的土壤修復(fù)方案時(shí)發(fā)現(xiàn)，“植物萃取”可以起到凈化土壤的作用。那么，什么是“植物萃取”？哪些植物具有這種能力？植物萃取有哪些優(yōu)勢(shì)和短板？

一覽：

• 采礦和冶金活動(dòng)導(dǎo)致土壤嚴(yán)重退化和侵蝕，導(dǎo)致周遭環(huán)境寸草不生。
• 植物萃取法有助于生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)：某些植物可以從土壤中吸收金屬元素，并儲(chǔ)存在葉片中。
• 法國環(huán)保企業(yè)BioInspir開發(fā)的植物萃取除污技術(shù)價(jià)格低廉，有利于促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，通過生態(tài)修復(fù)的方式恢復(fù)土壤健康。
• 然而，植物萃取技術(shù)在所需時(shí)間以及植物本身的凈化能力上存在一定的局限性。
• 在水資源的凈化上，BioInspir也開發(fā)了類似的做法，即使用水生植物進(jìn)行根莖過濾。

01 您主要從事“去污染”的相關(guān)研究，能否簡(jiǎn)要介紹一下這方面的工作？

我們正在利用能夠吸收金屬元素的植物來恢復(fù)陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)。采礦和冶金帶來了嚴(yán)重的土壤退化，導(dǎo)致周遭環(huán)境寸土不生。這些裸露的土壤遭遇嚴(yán)重侵蝕，滿載金屬元素的灰塵四處飄揚(yáng)，污染水域等生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)不僅需要凈化環(huán)境，更要不斷引入合適的植物，才能限制污染的擴(kuò)散。

02 您說的植物有哪些？

我們研究了幾種能夠耐受和超量累積金屬元素的陸生植物，其中包括臭草（Noccaea caerulescens）、療傷絨毛花（Anthyllis vulneraria），以及新喀里多尼亞的Geissois pruinosa和梅氏網(wǎng)紋鐵線蓮（Grevillea meisneri）等樹木。它們的生長機(jī)制蘊(yùn)含了天然的植物萃取過程：首先，它們會(huì)通過根部從土壤中提取金屬元素，經(jīng)過樹液的運(yùn)輸后，以非常高的濃度存儲(chǔ)于葉片之中。在法國加爾，常見的豚草可以儲(chǔ)存超過17,000 ppm的鋅。我們估算顯示，如果植物覆蓋率達(dá)到70%，則每次收割豚草時(shí)，或可從每公頃土地中提取27公斤的鋅[1]。在新喀里多尼亞，收割一棵Grevillea meisneri樹可以帶來2.5公斤的生物質(zhì)，其中的錳含量超過10,000 ppm[2]。

03 這些大量的金屬存儲(chǔ)能為植物帶來怎樣的生態(tài)效益？

我們?nèi)栽趯ふ疫@一問題的答案。就臭草而言，在正常的生態(tài)環(huán)境中，它的競(jìng)爭(zhēng)力并沒有那么強(qiáng)，因此很快就會(huì)被周圍的植物奪走生存空間。但在被污染的環(huán)境中，它是唯一能夠存活的植物。此外，它通常會(huì)以釋放硫代葡萄糖苷（簡(jiǎn)稱硫苷）這一有毒化合物的方式來抵御食草動(dòng)物。當(dāng)它富含鋅元素時(shí)，會(huì)自動(dòng)減少硫苷的生產(chǎn)，從而間接保護(hù)自己免受食草動(dòng)物的侵害[3]。

04 我們?yōu)槭裁匆剿餍碌耐寥佬迯?fù)方案？

因?yàn)楝F(xiàn)有解決方案仍舊差強(qiáng)人意。有些土壤修復(fù)方案使用特殊材料覆蓋土壤來限制污染物的擴(kuò)散。然而，含有污染物的水仍然會(huì)向下滲透，污染地下水。此外，還有一種解決方案成本十分高昂：挖掘被污染的土壤，并將其送往工廠進(jìn)行化學(xué)處理，但用于提取金屬的去污劑也是污染物...

05 為什么這種基于植物的土壤凈化方式更加令人滿意？

植物萃取法成效顯著，且價(jià)格低廉，它能以一種生態(tài)修復(fù)的方式恢復(fù)土壤健康，適用于大自然的長期發(fā)展。最重要的是，它創(chuàng)造了一個(gè)零廢棄物的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。以新喀里多尼亞為例，那些從樹木中回收的錳或鎳會(huì)被轉(zhuǎn)化為礦物質(zhì)，進(jìn)而被用作 “生態(tài)催化劑”。它們?nèi)〈藗鹘y(tǒng)意義上用于合成藥物的催化劑，而很多合成藥物都在面臨歐盟REACH法規(guī)的合規(guī)問題[4]。我們研究的初衷，是以一種負(fù)責(zé)任的方式來利用這些植物，這也是確?？沙掷m(xù)生態(tài)修復(fù)的唯一方法。

06 基于植物萃取法的土壤凈化是否存在局限性？

如果我們是以土壤凈化為目標(biāo)，那這一過程可能需要很長時(shí)間。法國環(huán)境與能源管理署（ADEME）的預(yù)估顯示，加爾地區(qū)傾析盆地的污染物如果靠植物萃取，至少需要50年。此外，我們無法開發(fā)出適用所有地區(qū)的植物萃取凈化方案：植物的選擇必須因地制宜。比如，來自新喀里多尼亞的高積累性植物在法國大陸就不適用。在美國俄勒岡州，曾有源自歐洲的植物變成了入侵物種，帶來了災(zāi)難性后果。最后，植物本身的金屬吸收能力也存在一定的局限性。許多物種能夠積累鎳、鋅或錳，但對(duì)砷、鈷或銅等金屬的吸收能力有限，甚至無法吸收。

這些限制促使我們開發(fā)了一種全新的水資源去污過程。水資源對(duì)人類至關(guān)重要，卻因人類活動(dòng)而遭遇諸多污染。

07 您能否為我們?cè)敿?xì)介紹一下凈水新技術(shù)？

我們的凈水新技術(shù)基于植物的根莖過濾和生物吸附技術(shù)，挑選了能夠在其根部封存金屬元素的水生植物。它們的分子觸角能夠有效捕獲稀釋在水中的營養(yǎng)物質(zhì)......也可以捕獲金屬污染物。

我們所取得的一項(xiàng)矚目成就，是使用已經(jīng)死亡的植物進(jìn)行凈水處理。這些死去的植物仍有去污染的能力，因此可以規(guī)?；瘧?yīng)用。比如，植物根部可以碾成粉末，放置于用于水循環(huán)的容器中。在此過程中，金屬會(huì)被植物粉末封存起來。事實(shí)證明，這些植物過濾器在處理法國的采礦污水方面具備良好性能，能夠過濾掉水中的鋅、鐵和砷等污染元素。該過程也可被用于化工行業(yè)，以處理反應(yīng)器排出的污水。當(dāng)前，我們正在試驗(yàn)十氯酮等有機(jī)物的處理，結(jié)果證明，這一方法切實(shí)可行[5]。

08 水凈化是否會(huì)成為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一個(gè)環(huán)節(jié)？

當(dāng)然！這些累積了金屬元素的植物過濾器可以用于生產(chǎn)生態(tài)催化劑。而且，水生植物能夠捕獲某些稀土元素或有價(jià)值的元素，如鈀。當(dāng)前，俄羅斯是鈀元素最大的生產(chǎn)國。而鈀作為一種戰(zhàn)略資源，被廣泛應(yīng)用于電子、汽車、制藥等多個(gè)行業(yè)中，其回收已成為各國的優(yōu)先發(fā)展事項(xiàng)。在這一點(diǎn)上，植物過濾器可以扮演重要角色[6]。BioInspir生產(chǎn)的芳香劑和溶劑都基于100%的生物基分子，被廣泛用于化妝品、香水和精細(xì)化學(xué)品中。而它們所使用的生態(tài)催化劑也都不含任何人工化學(xué)成分。生態(tài)催化能讓我們以一個(gè)全新的視角去重新審視化學(xué)工業(yè)，將其對(duì)環(huán)境的影響最小化[7]。

我們甚至將這種良性循環(huán)進(jìn)一步延伸到了其他領(lǐng)域......外來入侵物種是威脅生物多樣性的一大主要因素，而我們也廣泛研究了這些外來入侵物種，如日本虎杖、水龍、大薸等。我們?cè)趭W克西坦尼亞的濕地中收割了大量的上述植物，并將其用于植物過濾器中。這一做法能輔助有關(guān)部門對(duì)外來物種的管理，并遏制這些危險(xiǎn)物種的擴(kuò)散。

參考資料

1．The leguminous species Anthyllis vulneraria as a Zn-hyperaccumulator and eco-Zn catalyst resources, Environ. Sci. Pollut. Res. 2015, 22, 5667–5676, C. M. Grison, M.Mazel, A. Sellini, V. Escande, J. Biton, C. Grison

2．Leaf-age effect: a key factor to report trace-elements hyperaccumulation by plants and design applications, Environ. Sci. Pollut. Res. 2015, 22, 5620–5632, G. Losfeld, B. Fogliani, L. L’Huillier, C. Grison

3．Identification of glucosinolates in seeds of three Brassicaceae species known to hyperaccumulate heavy metals, Chemistry and Biodiversity, 2017, Volume 14, Issue 3, e1600311, S. Montaut, B. S. Guido, C. Grison, P. Rollin

4．Eco-CaMnOx: A Greener Generation of Ecocatalysts for Eco-friendly Oxidation Processes, ACS Sustainable Chem. Eng., 2019, 8, 10, 4044–4057, doi: org/10.1021/acssuschemeng.9b05444, C. Bihanic, S. Diliberto, F. Pelissier, E. Petit, C. Boulanger, C. Grison

5．Efficient removal of persistent and emerging organic pollutants by biosorption using abundant biomass wastes, Chemosphere, 2023, 213, 137307, P.-A. Deyris, F., Pelissier C. M.Grison, P. Hesemann, E. Petit, C. Grison

6．Ecologically responsible and efficient recycling of Pd from aqueous effluents using biosorption on biomass feedstock, J. Clean. Prod., 2021, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126895, A. Garcia, P.-Al. Deyris, P. Adler, F. Pelissier, T. Dumas, Y.-M. Legrand, C. Grison

7．Ecocatalysis, a new vision of Green and Sustainable Chemistry, Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry, 2021, 29, 100461. C. Grison, Y. Lock Toy Ki.