微生物土壤污染治理“新革命”

胥大偉

長期以來，中國土壤資源面臨著高污染風險和不合理利用帶來的壓力，土壤污染物不單單是重金屬、烴類、農藥等傳統污染物，還包括多溴聯苯醚、全氟辛酸等新一代持久性有機污染物。

如今形勢依然嚴峻，中國工程院一項咨詢研究項目指出，國內自然資源和生態環境問題已然影響到食品安全保障水平。目前，每年有1200萬噸糧食受土壤重金屬污染。而中國耕地污染問題中，鎘、砷等重金屬造成的耕地污染問題尤為突出。

被重金屬污染的土壤很難“自我凈化”，必須經過一定的人工干預。根據《污染地塊土壤環境管理辦法（試行）》規定，從事過有色金屬冶煉、焦化等行業生產經營活動的用地，稱為疑似污染地塊，再次進行開發利用前需要進行一系列的治理與修復。

微生物修復土壤，正成為土壤污染治理的“新路子”。山東泰安肥城市焦化廠原址疑似污染地塊，決定采用生物修復技術。項目所使用的生物修復技術來自總部位于愛爾蘭的山東邁科珍生物科技有限公司，主打產品是微生物組產品，可以低成本和綠色友好的方式修復被石油烴、多環芳烴和農藥等有害有機物污染的土壤。

土壤污染不僅影響土地的開發再利用，還關系著中國的糧食安全，廣大的農村地區是土壤污染的重災區，這事關億萬國民的“米袋子”和“菜籃子”。而微生物組是研究微生物群落與其生存環境關系的一門新興學科，在土壤修復與治理領域，它被看作是破解難題的“新密鑰”。

破題的“新密鑰”

在山東省青島市即墨區，4.2萬畝耕地的土壤修復采用了一項新技術。植保無人機將邁科珍生物公司研發的209噸土壤修復菌劑噴撒進耕地中。微生物組成為這場土壤污染治理革命的“秘密武器”。

土壤污染具有隱蔽性、滯后性、累積性和不可逆轉性的特點。以重金屬污染為例，超標重金屬長期存在于受污染的耕地中，可隨水分下滲或在雨水沖刷下造成地下水或地表水污染，并使農作物“帶毒生長”。

事實上，在土壤污染的修復方面，中國這些年來做了大量嘗試，但困局仍待破題。

國務院發展研究中心資源與環境政策研究所2019年4月發布的一份調研報告指出，土壤重金屬污染物主要為砷、鉛等，各地普遍采取的修復措施以植物修復為主。植物修復是利用植物對重金屬的富集作用，種植具有高富集能力的植物，對土壤中的重金屬進行清理。但是，除蜈蚣草、八寶景天等少數超富集植物外，其余大部分超富集植物往往具有生物量小的特點。蜈蚣草雖然生物量相對較大，有良好的砷去除效果，但其孢子的萌發和種苗培育需要比較嚴格的溫度、濕度等環境條件，種植成本相對較高，同時植物的富集能力在一段時間后會逐漸減弱。

近些年來，中國一些地區在中度和輕度污染耕地上，施用可降低重金屬活性的藥劑。這類末端治理技術消減了糧食重金屬含量超標的風險，但并未減少受污染耕地中重金屬的總量，沒有從根本上起到改善土壤環境質量的效果，污染耕地的面積和污染程度沒有從根本上好轉。

參與過多地土壤污染修復與治理項目的邁科珍生物創始人劉雪梅認為，中國土壤重金屬污染治理仍然面臨一些亟待解決的“痛點”問題。中國重金屬污染土地面積大，成因復雜，一些治理手段也被證明是低效不治本而被擯棄。

微生物近些年被視為破題的“新密鑰”。土壤微生物生物量可與動植物生物量相媲美，這些微生物在維持土壤肥力方面至關重要。同時，當土壤受到污染時，微生物組對污染物的降解作用非凡。2019年1月1日起施行的《土壤污染防治法》第五十七條明確指出，“修復活動應當優先采取不影響農業生產、不降低土壤生產功能的生物修復措施”，生物修復成為土壤污染治理的優先選擇。

劉雪梅介紹，邁科珍公司專有的微生物組技術可以抑制作物對重金屬的吸收，通過隔離等方式分離有害物質，阻斷土壤中的污染物，恢復土壤自然微生物組，修復被污染的土壤，提高作物產出與質量。

規模化應用

山東泰安高新區今年推進了一項涉及4.52萬畝耕地的土壤修復項目。通過施用邁科珍生物研發的土壤修復菌劑，嘗試解決項目區內土壤板結及酸化、作物重茬和土壤農藥及重金屬殘留問題，從而達到提高作物品質和產量、提升土壤健康和保障食品安全的目標。

相關數據顯示，在馬鈴薯土壤修復項目區使用山東邁科珍的土壤修復菌劑效果明顯，畝增產從11.67%提升至15.02%，每畝增產約1000斤，項目區共增加產量約1600萬斤，直接效益2500萬元。

在項目區設置了取樣點和動態監測點，通過定期動態監測，對土壤修復前、后的健康狀況和理化性質進行對比分扼確保切實達到土壤修復、活化、改良的目的。

據了解，土壤修復菌劑登記證全國只有12家公司獲批，用于酸性土壤的液體土壤修復菌劑類登記證為邁科珍公司獨有。劉雪梅介紹，邁科珍技術和產品在20多個省由中科院、中國水稻所、農業農村部環境保護科研監測所等權威機構進行了100余次實地驗證，數據表明邁科珍產品能夠降低作物中40%以上的重金屬;作物增產5%以上;減少化肥使用量30%以上;調節土壤pH值、提高有機質含量、土壤總孔隙度、土壤保水保肥能力;提高作物抗逆性，改善作物品質等。

農業農村部科教司于2018年11月和12月兩次召集國內土壤重金屬修復和水稻領域專家開展邁科珍技術推廣驗證會，并在2019年牽頭主持邁科珍產品在水稻上的重金屬阻隔試驗。試驗由中國水稻所、湖南省農業環境生態研究所、衡陽市農業科學研究所承擔，驗證結果顯示邁科珍產品可顯著降低稻米鎘含量，降幅為49.5%～51.6%，增產6.3%～11.2%（p>0.05）。在重金屬治理和耕地質量提升項目上，邁科珍在江西省、湖南省、甘肅省、山東省等地參與的規模化應用面積已達 20余萬畝。

劉雪梅認為，農業新技術的推廣必須滿足經濟可持續性和效果的穩定性要求。邁科珍在技術研發的初始階段，就十分注重微生物組來源的豐富性，以提高微生物組產品的廣譜性，同時建立樣本數據庫。邁科珍的科研團隊通過功能性微生物組平臺技術結合高通量篩選，快速、精準、低成本地從千億個微生物篩選單一或多個微生物組群的產品，篩選出的微生物同時具有多個性狀，包括重金屬抗性功能、植物促生功能及有害有機物降解功能等，同時積累和建立微生物組數據庫和微生物菌種數據庫，用于產品的迭代研發。

此外，邁科珍還十分注重降低產品成本和使用技術門檻。劉雪梅解釋，土壤修復菌劑每畝耕地的使用成本只有20元，而微生物組是植物共生菌，農民只需通過簡單的拌種、拌濕就可以掌握使用方法。

“將技術握在中國人手里”

2020年7月15日，聯合國糧食及農業組織副總干事Beth Bechdol宣布邁科珍生物獲得“全球極限技術挑戰”XTC創業精英挑戰賽農業技術和食品組冠軍。微軟風投基金總經理Tarama Steffens 在大會上宣布邁科珍生物技術公司創始人劉雪梅博士在極限技術挑戰中獲得“全球女創始人”獎。

邁科珍生物是從全球 87 個國家、 2419 個申請公司的角逐中殺出一條血路進入52強，繼而才獲得七個小組中的農業科技食品組賽第一名。邁科珍公司的技術在國際微生物組領域擁有領先地位，其擁有4項“微生物組”技術國際專利，利用宏基因組學和高通量篩選技術開發系列功能性微生物組的技術和產品，可以為大面積應對食品安全、糧食安全和土壤污染提供綠色可持續的產品和技術解決方案。

此外，微生物組技術還被應用到石油領域的土壤污染治理中。據了解，邁科珍的技術以可持續的方式可以完全分解土壤中的煤和石油殘留物，該技術此前已成功應用于愛爾蘭最大的商業生物修復項目，消除了愛爾蘭卡洛市愛爾蘭糖廠舊址總計30000噸土壤中的石油污染。該技術還得到了中國環保部認可，于2014年和2015年被允許用于中國勝利油田兩期油污土壤的修復。

劉雪梅表示，她將逐步擴大技術專利申請，完善公司的知識產權體系，形成技術壁壘，同時將產業重心遷到中國。“微生物組是一項綜合性的技術使用，核心技術必須握在中國人自己手里。”劉雪梅說。

目前，總部位于愛爾蘭的邁科珍生物公司研發的微生物組技術，獲得湖南、云南、廣西、貴州等多省區青睞。尤其是南方諸省對土壤修復的旺盛需求，使得技術推廣的瓶頸得以打破，地方政府也成為了新技術落地的推手。

在國家層面，《中共中央國務院關于全面加強生態環境保護堅決打好污染防治攻堅戰的意見》明確，到2020年，受污染耕地安全利用率達到90%左右，污染地塊安全利用率達到90%以上。生態環境部、農業農村部2020年5月在京聯合召開推進打贏凈土保衛戰和農業農村污染治理攻堅戰視頻會議上，決定進一步強化耕地周邊污染源整治力度，有效切斷污染物進入農田的鏈條。可以預見，為確保雙90%目標完成，國家將加大凈土保衛戰攻堅力度。

相關研究機構預測，隨著各城市工業場地土壤污染的詳查和建檔的完畢，土壤實際修復的市場具有高爆發的潛力，預計今年我國土壤修復行業市場規模將達到440億元，到2024年將達到860億元。

這意味著，新的風口已經形成。劉雪梅表示，邁科珍將深度參與產業鏈的構造，在國際上選擇與大型食品公司合作，確保原料端的安全。同時堅持市場化運作和技術穩定性公關，并建立一個千萬級的微生物庫。“我們希望能夠支持中國的糧食安全和食品安全。”劉雪梅說。