微生物土壤污染治理“新革命”

胥大偉

長(zhǎng)期以來，中國(guó)土壤資源面臨著高污染風(fēng)險(xiǎn)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(nóng)藥等傳統(tǒng)污染物，還包括多溴聯(lián)苯醚、全氟辛酸等新一代持久性有機(jī)污染物。

如今形勢(shì)依然嚴(yán)峻，中國(guó)工程院一項(xiàng)咨詢研究項(xiàng)目指出，國(guó)內(nèi)自然資源和生態(tài)環(huán)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(guó)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(jīng)過一定的人工干預(yù)。根據(jù)《污染地塊土壤環(huán)境管理辦法（試行）》規(guī)定，從事過有色金屬冶煉、焦化等行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的用地，稱為疑似污染地塊，再次進(jìn)行開發(fā)利用前需要進(jìn)行一系列的治理與修復(fù)。

微生物修復(fù)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(fù)技術(shù)。項(xiàng)目所使用的生物修復(fù)技術(shù)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(chǎn)品是微生物組產(chǎn)品，可以低成本和綠色友好的方式修復(fù)被石油烴、多環(huán)芳烴和農(nóng)藥等有害有機(jī)物污染的土壤。

土壤污染不僅影響土地的開發(fā)再利用，還關(guān)系著中國(guó)的糧食安全，廣大的農(nóng)村地區(qū)是土壤污染的重災(zāi)區(qū)，這事關(guān)億萬國(guó)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(huán)境關(guān)系的一門新興學(xué)科，在土壤修復(fù)與治理領(lǐng)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(qū)，4.2萬畝耕地的土壤修復(fù)采用了一項(xiàng)新技術(shù)。植保無人機(jī)將邁科珍生物公司研發(fā)的209噸土壤修復(fù)菌劑噴撒進(jìn)耕地中。微生物組成為這場(chǎng)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(zhuǎn)性的特點(diǎn)。以重金屬污染為例，超標(biāo)重金屬長(zhǎng)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(nóng)作物“帶毒生長(zhǎng)”。

事實(shí)上，在土壤污染的修復(fù)方面，中國(guó)這些年來做了大量嘗試，但困局仍待破題。

國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心資源與環(huán)境政策研究所2019年4月發(fā)布的一份調(diào)研報(bào)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(fù)措施以植物修復(fù)為主。植物修復(fù)是利用植物對(duì)重金屬的富集作用，種植具有高富集能力的植物，對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行清理。但是，除蜈蚣草、八寶景天等少數(shù)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(diǎn)。蜈蚣草雖然生物量相對(duì)較大，有良好的砷去除效果，但其孢子的萌發(fā)和種苗培育需要比較嚴(yán)格的溫度、濕度等環(huán)境條件，種植成本相對(duì)較高，同時(shí)植物的富集能力在一段時(shí)間后會(huì)逐漸減弱。

近些年來，中國(guó)一些地區(qū)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(shù)消減了糧食重金屬含量超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，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(huán)境質(zhì)量的效果，污染耕地的面積和污染程度沒有從根本上好轉(zhuǎn)。

參與過多地土壤污染修復(fù)與治理項(xiàng)目的邁科珍生物創(chuàng)始人劉雪梅認(rèn)為，中國(guó)土壤重金屬污染治理仍然面臨一些亟待解決的“痛點(diǎn)”問題。中國(guó)重金屬污染土地面積大，成因復(fù)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(dòng)植物生物量相媲美，這些微生物在維持土壤肥力方面至關(guān)重要。同時(shí)，當(dāng)土壤受到污染時(shí)，微生物組對(duì)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(fù)活動(dòng)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采取不影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、不降低土壤生產(chǎn)功能的生物修復(fù)措施”，生物修復(fù)成為土壤污染治理的優(yōu)先選擇。

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

規(guī)模化應(yīng)用

山東泰安高新區(qū)今年推進(jìn)了一項(xiàng)涉及4.52萬畝耕地的土壤修復(fù)項(xiàng)目。通過施用邁科珍生物研發(fā)的土壤修復(fù)菌劑，嘗試解決項(xiàng)目區(qū)內(nèi)土壤板結(jié)及酸化、作物重茬和土壤農(nóng)藥及重金屬殘留問題，從而達(dá)到提高作物品質(zhì)和產(chǎn)量、提升土壤健康和保障食品安全的目標(biāo)。

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在馬鈴薯土壤修復(fù)項(xiàng)目區(qū)使用山東邁科珍的土壤修復(fù)菌劑效果明顯，畝增產(chǎn)從11.67%提升至15.02%，每畝增產(chǎn)約1000斤，項(xiàng)目區(qū)共增加產(chǎn)量約1600萬斤，直接效益2500萬元。

在項(xiàng)目區(qū)設(shè)置了取樣點(diǎn)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過定期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)土壤修復(fù)前、后的健康狀況和理化性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分扼確保切實(shí)達(dá)到土壤修復(fù)、活化、改良的目的。

據(jù)了解，土壤修復(fù)菌劑登記證全國(guó)只有12家公司獲批，用于酸性土壤的液體土壤修復(fù)菌劑類登記證為邁科珍公司獨(dú)有。劉雪梅介紹，邁科珍技術(shù)和產(chǎn)品在20多個(gè)省由中科院、中國(guó)水稻所、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所等權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行了100余次實(shí)地驗(yàn)證，數(shù)據(jù)表明邁科珍產(chǎn)品能夠降低作物中40%以上的重金屬;作物增產(chǎn)5%以上;減少化肥使用量30%以上;調(diào)節(jié)土壤pH值、提高有機(jī)質(zhì)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(zhì)等。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部科教司于2018年11月和12月兩次召集國(guó)內(nèi)土壤重金屬修復(fù)和水稻領(lǐng)域?qū)＜议_展邁科珍技術(shù)推廣驗(yàn)證會(huì)，并在2019年?duì)款^主持邁科珍產(chǎn)品在水稻上的重金屬阻隔試驗(yàn)。試驗(yàn)由中國(guó)水稻所、湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所、衡陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所承擔(dān)，驗(yàn)證結(jié)果顯示邁科珍產(chǎn)品可顯著降低稻米鎘含量，降幅為49.5%～51.6%，增產(chǎn)6.3%～11.2%（p>0.05）。在重金屬治理和耕地質(zhì)量提升項(xiàng)目上，邁科珍在江西省、湖南省、甘肅省、山東省等地參與的規(guī)模化應(yīng)用面積已達(dá) 20余萬畝。

劉雪梅認(rèn)為，農(nóng)業(yè)新技術(shù)的推廣必須滿足經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性和效果的穩(wěn)定性要求。邁科珍在技術(shù)研發(fā)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(chǎn)品的廣譜性，同時(shí)建立樣本數(shù)據(jù)庫。邁科珍的科研團(tuán)隊(duì)通過功能性微生物組平臺(tái)技術(shù)結(jié)合高通量篩選，快速、精準(zhǔn)、低成本地從千億個(gè)微生物篩選單一或多個(gè)微生物組群的產(chǎn)品，篩選出的微生物同時(shí)具有多個(gè)性狀，包括重金屬抗性功能、植物促生功能及有害有機(jī)物降解功能等，同時(shí)積累和建立微生物組數(shù)據(jù)庫和微生物菌種數(shù)據(jù)庫，用于產(chǎn)品的迭代研發(fā)。

此外，邁科珍還十分注重降低產(chǎn)品成本和使用技術(shù)門檻。劉雪梅解釋，土壤修復(fù)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(nóng)民只需通過簡(jiǎn)單的拌種、拌濕就可以掌握使用方法。

“將技術(shù)握在中國(guó)人手里”

2020年7月15日，聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織副總干事Beth Bechdol宣布邁科珍生物獲得“全球極限技術(shù)挑戰(zhàn)”XTC創(chuàng)業(yè)精英挑戰(zhàn)賽農(nóng)業(yè)技術(shù)和食品組冠軍。微軟風(fēng)投基金總經(jīng)理Tarama Steffens 在大會(huì)上宣布邁科珍生物技術(shù)公司創(chuàng)始人劉雪梅博士在極限技術(shù)挑戰(zhàn)中獲得“全球女創(chuàng)始人”獎(jiǎng)。

邁科珍生物是從全球 87 個(gè)國(guó)家、 2419 個(gè)申請(qǐng)公司的角逐中殺出一條血路進(jìn)入52強(qiáng)，繼而才獲得七個(gè)小組中的農(nóng)業(yè)科技食品組賽第一名。邁科珍公司的技術(shù)在國(guó)際微生物組領(lǐng)域擁有領(lǐng)先地位，其擁有4項(xiàng)“微生物組”技術(shù)國(guó)際專利，利用宏基因組學(xué)和高通量篩選技術(shù)開發(fā)系列功能性微生物組的技術(shù)和產(chǎn)品，可以為大面積應(yīng)對(duì)食品安全、糧食安全和土壤污染提供綠色可持續(xù)的產(chǎn)品和技術(shù)解決方案。

此外，微生物組技術(shù)還被應(yīng)用到石油領(lǐng)域的土壤污染治理中。據(jù)了解，邁科珍的技術(shù)以可持續(xù)的方式可以完全分解土壤中的煤和石油殘留物，該技術(shù)此前已成功應(yīng)用于愛爾蘭最大的商業(yè)生物修復(fù)項(xiàng)目，消除了愛爾蘭卡洛市愛爾蘭糖廠舊址總計(jì)30000噸土壤中的石油污染。該技術(shù)還得到了中國(guó)環(huán)保部認(rèn)可，于2014年和2015年被允許用于中國(guó)勝利油田兩期油污土壤的修復(fù)。

劉雪梅表示，她將逐步擴(kuò)大技術(shù)專利申請(qǐng)，完善公司的知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系，形成技術(shù)壁壘，同時(shí)將產(chǎn)業(yè)重心遷到中國(guó)。“微生物組是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)使用，核心技術(shù)必須握在中國(guó)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(fā)的微生物組技術(shù)，獲得湖南、云南、廣西、貴州等多省區(qū)青睞。尤其是南方諸省對(duì)土壤修復(fù)的旺盛需求，使得技術(shù)推廣的瓶頸得以打破，地方政府也成為了新技術(shù)落地的推手。

在國(guó)家層面，《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于全面加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》明確，到2020年，受污染耕地安全利用率達(dá)到90%左右，污染地塊安全利用率達(dá)到90%以上。生態(tài)環(huán)境部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2020年5月在京聯(lián)合召開推進(jìn)打贏凈土保衛(wèi)戰(zhàn)和農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)視頻會(huì)議上，決定進(jìn)一步強(qiáng)化耕地周邊污染源整治力度，有效切斷污染物進(jìn)入農(nóng)田的鏈條。可以預(yù)見，為確保雙90%目標(biāo)完成，國(guó)家將加大凈土保衛(wèi)戰(zhàn)攻堅(jiān)力度。

相關(guān)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，隨著各城市工業(yè)場(chǎng)地土壤污染的詳查和建檔的完畢，土壤實(shí)際修復(fù)的市場(chǎng)具有高爆發(fā)的潛力，預(yù)計(jì)今年我國(guó)土壤修復(fù)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到440億元，到2024年將達(dá)到860億元。

這意味著，新的風(fēng)口已經(jīng)形成。劉雪梅表示，邁科珍將深度參與產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)造，在國(guó)際上選擇與大型食品公司合作，確保原料端的安全。同時(shí)堅(jiān)持市場(chǎng)化運(yùn)作和技術(shù)穩(wěn)定性公關(guān)，并建立一個(gè)千萬級(jí)的微生物庫。“我們希望能夠支持中國(guó)的糧食安全和食品安全。”劉雪梅說。