微生物土壤污染治理“新革命”

胥大伟

长期以来，中国土壤资源面临着高污染风险和不合理利用带来的压力，土壤污染物不单单是重金属、烃类、农药等传统污染物，还包括多溴联苯醚、全氟辛酸等新一代持久性有机污染物。

如今形势依然严峻，中国工程院一项咨询研究项目指出，国内自然资源和生态环境问题已然影响到食品安全保障水平。目前，每年有1200万吨粮食受土壤重金属污染。而中国耕地污染问题中，镉、砷等重金属造成的耕地污染问题尤为突出。

被重金属污染的土壤很难“自我净化”，必须经过一定的人工干预。根据《污染地块土壤环境管理办法（试行）》规定，从事过有色金属冶炼、焦化等行业生产经营活动的用地，称为疑似污染地块，再次进行开发利用前需要进行一系列的治理与修复。

微生物修复土壤，正成为土壤污染治理的“新路子”。山东泰安肥城市焦化厂原址疑似污染地块，决定采用生物修复技术。项目所使用的生物修复技术来自总部位于爱尔兰的山东迈科珍生物科技有限公司，主打产品是微生物组产品，可以低成本和绿色友好的方式修复被石油烃、多环芳烃和农药等有害有机物污染的土壤。

土壤污染不仅影响土地的开发再利用，还关系着中国的粮食安全，广大的农村地区是土壤污染的重灾区，这事关亿万国民的“米袋子”和“菜篮子”。而微生物组是研究微生物群落与其生存环境关系的一门新兴学科，在土壤修复与治理领域，它被看作是破解难题的“新密钥”。

破题的“新密钥”

在山东省青岛市即墨区，4.2万亩耕地的土壤修复采用了一项新技术。植保无人机将迈科珍生物公司研发的209吨土壤修复菌剂喷撒进耕地中。微生物组成为这场土壤污染治理革命的“秘密武器”。

土壤污染具有隐蔽性、滞后性、累积性和不可逆转性的特点。以重金属污染为例，超标重金属长期存在于受污染的耕地中，可随水分下渗或在雨水冲刷下造成地下水或地表水污染，并使农作物“带毒生长”。

事实上，在土壤污染的修复方面，中国这些年来做了大量尝试，但困局仍待破题。

国务院发展研究中心资源与环境政策研究所2019年4月发布的一份调研报告指出，土壤重金属污染物主要为砷、铅等，各地普遍采取的修复措施以植物修复为主。植物修复是利用植物对重金属的富集作用，种植具有高富集能力的植物，对土壤中的重金属进行清理。但是，除蜈蚣草、八宝景天等少数超富集植物外，其余大部分超富集植物往往具有生物量小的特点。蜈蚣草虽然生物量相对较大，有良好的砷去除效果，但其孢子的萌发和种苗培育需要比较严格的温度、湿度等环境条件，种植成本相对较高，同时植物的富集能力在一段时间后会逐渐减弱。

近些年来，中国一些地区在中度和轻度污染耕地上，施用可降低重金属活性的药剂。这类末端治理技术消减了粮食重金属含量超标的风险，但并未减少受污染耕地中重金属的总量，没有从根本上起到改善土壤环境质量的效果，污染耕地的面积和污染程度没有从根本上好转。

参与过多地土壤污染修复与治理项目的迈科珍生物创始人刘雪梅认为，中国土壤重金属污染治理仍然面临一些亟待解决的“痛点”问题。中国重金属污染土地面积大，成因复杂，一些治理手段也被證明是低效不治本而被摈弃。

微生物近些年被视为破题的“新密钥”。土壤微生物生物量可与动植物生物量相媲美，这些微生物在维持土壤肥力方面至关重要。同时，当土壤受到污染时，微生物组对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》第五十七条明确指出，“修复活动应当优先采取不影响农业生产、不降低土壤生产功能的生物修复措施”，生物修复成为土壤污染治理的优先选择。

刘雪梅介绍，迈科珍公司专有的微生物组技术可以抑制作物对重金属的吸收，通过隔离等方式分离有害物质，阻断土壤中的污染物，恢复土壤自然微生物组，修复被污染的土壤，提高作物产出与质量。

规模化应用

山东泰安高新区今年推进了一项涉及4.52万亩耕地的土壤修复项目。通过施用迈科珍生物研发的土壤修复菌剂，尝试解决项目区内土壤板结及酸化、作物重茬和土壤农药及重金属残留问题，从而达到提高作物品质和产量、提升土壤健康和保障食品安全的目标。

相关数据显示，在马铃薯土壤修复项目区使用山东迈科珍的土壤修复菌剂效果明显，亩增产从11.67%提升至15.02%，每亩增产约1000斤，项目区共增加产量约1600万斤，直接效益2500万元。

在项目区设置了取样点和动态监测点，通过定期动态监测，对土壤修复前、后的健康状况和理化性质进行对比分扼确保切实达到土壤修复、活化、改良的目的。

据了解，土壤修复菌剂登记证全国只有12家公司获批，用于酸性土壤的液体土壤修复菌剂类登记证为迈科珍公司独有。刘雪梅介绍，迈科珍技术和产品在20多个省由中科院、中国水稻所、农业农村部环境保护科研监测所等权威机构进行了100余次实地验证，数据表明迈科珍产品能够降低作物中40%以上的重金属;作物增产5%以上;减少化肥使用量30%以上;调节土壤pH值、提高有机质含量、土壤总孔隙度、土壤保水保肥能力;提高作物抗逆性，改善作物品质等。

农业农村部科教司于2018年11月和12月两次召集国内土壤重金属修复和水稻领域专家开展迈科珍技术推广验证会，并在2019年牵头主持迈科珍产品在水稻上的重金属阻隔试验。试验由中国水稻所、湖南省农业环境生态研究所、衡阳市农业科学研究所承担，验证结果显示迈科珍产品可显著降低稻米镉含量，降幅为49.5%～51.6%，增产6.3%～11.2%（p>0.05）。在重金属治理和耕地质量提升项目上，迈科珍在江西省、湖南省、甘肃省、山东省等地参与的规模化应用面积已达 20余万亩。

刘雪梅认为，农业新技术的推广必须满足经济可持续性和效果的稳定性要求。迈科珍在技术研发的初始阶段，就十分注重微生物组来源的丰富性，以提高微生物组产品的广谱性，同时建立样本数据库。迈科珍的科研团队通过功能性微生物组平台技术结合高通量筛选，快速、精准、低成本地从千亿个微生物筛选单一或多个微生物组群的产品，筛选出的微生物同时具有多个性状，包括重金属抗性功能、植物促生功能及有害有机物降解功能等，同时积累和建立微生物组数据库和微生物菌种数据库，用于产品的迭代研发。

此外，迈科珍还十分注重降低产品成本和使用技术门槛。刘雪梅解释，土壤修复菌剂每亩耕地的使用成本只有20元，而微生物组是植物共生菌，农民只需通过简单的拌种、拌湿就可以掌握使用方法。

“将技术握在中国人手里”

2020年7月15日，联合国粮食及农业组织副总干事Beth Bechdol宣布迈科珍生物获得“全球极限技术挑战”XTC创业精英挑战赛农业技术和食品组冠军。微软风投基金总经理Tarama Steffens 在大会上宣布迈科珍生物技术公司创始人刘雪梅博士在极限技术挑战中获得“全球女创始人”奖。

迈科珍生物是从全球 87 个国家、 2419 个申请公司的角逐中杀出一条血路进入52强，继而才获得七个小组中的农业科技食品组赛第一名。迈科珍公司的技术在国际微生物组领域拥有领先地位，其拥有4项“微生物组”技术国际专利，利用宏基因组学和高通量筛选技术开发系列功能性微生物组的技术和产品，可以为大面积应对食品安全、粮食安全和土壤污染提供绿色可持续的产品和技术解决方案。

此外，微生物组技术还被应用到石油领域的土壤污染治理中。据了解，迈科珍的技术以可持续的方式可以完全分解土壤中的煤和石油残留物，该技术此前已成功应用于爱尔兰最大的商业生物修复项目，消除了爱尔蘭卡洛市爱尔兰糖厂旧址总计30000吨土壤中的石油污染。该技术还得到了中国环保部认可，于2014年和2015年被允许用于中国胜利油田两期油污土壤的修复。

刘雪梅表示，她将逐步扩大技术专利申请，完善公司的知识产权体系，形成技术壁垒，同时将产业重心迁到中国。“微生物组是一项综合性的技术使用，核心技术必须握在中国人自己手里。”刘雪梅说。

目前，总部位于爱尔兰的迈科珍生物公司研发的微生物组技术，获得湖南、云南、广西、贵州等多省区青睐。尤其是南方诸省对土壤修复的旺盛需求，使得技术推广的瓶颈得以打破，地方政府也成为了新技术落地的推手。

在国家层面，《中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》明确，到2020年，受污染耕地安全利用率达到90%左右，污染地块安全利用率达到90%以上。生态环境部、农业农村部2020年5月在京联合召开推进打赢净土保卫战和农业农村污染治理攻坚战视频会议上，决定进一步强化耕地周边污染源整治力度，有效切断污染物进入农田的链条。可以预见，为确保双90%目标完成，国家将加大净土保卫战攻坚力度。

相关研究机构预测，随着各城市工业场地土壤污染的详查和建档的完毕，土壤实际修复的市场具有高爆发的潜力，预计今年我国土壤修复行业市场规模将达到440亿元，到2024年将达到860亿元。

这意味着，新的风口已经形成。刘雪梅表示，迈科珍将深度参与产业链的构造，在国际上选择与大型食品公司合作，确保原料端的安全。同时坚持市场化运作和技术稳定性公关，并建立一个千万级的微生物库。“我们希望能够支持中国的粮食安全和食品安全。”刘雪梅说。