作者:沈春蕾 来源:中国科学报 发布时间:2014-5-19 11:41:42
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土壤蓝藻:PM2.5新克星
新方法用土壤蓝藻快速去除空气中悬浮颗粒物
 
土壤藻类吸附颗粒悬浮物后,就变成了土块,类似于成土作用,没用任何污染,是非常高效的绿肥。
 

▲美丽的具鞘微鞘藻
美国亚利桑那州立大学教授 Ferran Garcia-Pichel 供图
 
中科院武汉植物园助理研究员王伟波和研究员张全发共同发明了一种能快速去除空气中悬浮颗粒物的方法,他们的“法宝”就是土壤蓝藻。
 
■本报记者 沈春蕾
 
众所周知,大型绿色植物可以很好地防风固沙,然而这些植物倾向于固着直径相对较大的悬浮颗粒物,对颗粒较小的比如可吸收性颗粒物吸附和固定能力则十分有限。
 
这些年来,科研人员通过研究发现,土壤蓝藻不仅能够固碳、固氮、增氧、增加空气湿度,对灰尘还具有较强的吸附性。
 
日前,中科院武汉植物园助理研究员王伟波和研究员张全发共同发明了一种能快速去除空气中悬浮颗粒物的方法,他们的“法宝”就是土壤蓝藻。
 
不怕严寒酷暑的藻类
 
在大约30亿年前,地球上就出现了蓝藻,这种藻类不仅分布很广,还具有极大的适应性。
 
淡水和海水,潮湿和干旱的土壤或岩石,树干和树叶,甚至在盐卤池、岩石缝中都有蓝藻的踪迹,它们不仅分布在热带、亚热带、温带,还会出现在寒带甚至极地地区。
 
王伟波所研究的土壤藻类主要集中在蓝藻门,比如微鞘藻属、伪枝藻属、裂须藻属等。他的导师中科院水生所研究员刘永定研究藻类固沙已有几十年,刘永定告诉记者,目前固沙效果比较好而且技术相对成熟的藻类主要集中在微鞘藻属。
 
其中,具鞘微鞘藻是主要的研究目标之一。该藻类是我国分布广泛、现存量大、研究较透彻的一种微鞘藻,主要分布在西北干旱半干旱地区和西南干热河谷地带。
 
“在非极端环境中,多数藻类竞争不过高等植物,而恶劣的环境却为它们提供了生存的可能。”张全发说,我们现在的森林中人工林和速生林比例很大,通过退耕还林和生态修复,我国森林覆盖度有了很大改善。
 
科研人员推测,这些人工林和速生林丧失的可能是低等植物,而低等植物能够增加空气湿度,对灰尘也具有更强的吸附性。
 
强大的吸附能力
 
在我们现代城市的绿化系统中,主要是一些高等植物,如小乔木和灌木,人们对这些植物的选择主要依据可能是美观、易于管理和维护,却忽略了它们对灰尘的吸附能力。
 
王伟波指出,事实上,小叶植物的吸附力可能更强,比如文竹。“关于城市绿化系统和土壤藻类吸附空气中颗粒污染物的对比,目前只是通过一些观察实验获得,我们还需要掌握进一步的数据。”
 
尽管如此,科研人员也提出了一个科学问题:高等植物和低等植物的培养方式不同,虽然土壤藻类属于低等植物,也属于微生物,但它们可根据需要通过不同的载体制作成不同的形状,生长环境可能并不需要土壤,这种优势是高等植物无法比拟的。
 
王伟波就曾做过这样的实验,将藻类固定在纱布上,然后缠绕在公园的树干上、墙壁上、马路围栏上等,它们可以很自然地安家落户,形成微生物膜。
 
不仅适应性强,作为主要研究对象的具鞘微鞘藻还能够分泌大量的胞外多糖,胶结土壤颗粒,从而将沙粒固定住。王伟波在研究固沙的同时发现,这种多糖还有吸附灰尘的功能。
 
“介入这样的研究也纯属偶然。”王伟波说,“关于蓝藻胞外多糖,国内外开展了大量研究,并发现胞外多糖主要带负电荷,对重金属有非常好的吸附作用。”
 
鉴于此,王伟波团队展开大胆设想,这种胞外多糖能不能吸附空气中悬浮颗粒物呢?通过实验,他们发现效果非常好。
 
衍生实用小装置
 
王伟波和张发全发明的“一种土壤藻类去除城市空气中悬浮颗粒物的方法”获得了国家发明专利授权。
 
“我们称这项专利为母专利。”张发全说,“不久的将来,我们还会有一些实用新型的子专利问世。”
 
随着社会经济的发展、城市化进程的加快,机动车尾气排放与建设工程引起的空气中悬浮颗粒物迅速增加。这些细小颗粒物体积小、重量轻,长期漂浮在空气中,可能对人体健康造成危害,PM2.5就是其中之一。
 
目前,城市建设通过加大绿化投入,扩大绿化面积来减少空气中悬浮颗粒物含量。由于受气候限制,城市绿化系统对悬浮颗粒物的吸附和固定能力随季节变化显著;另外,大型绿色植物对颗粒较小的颗粒物吸附和固定能力较弱;遭遇干燥大风季节,固定的颗粒物会发生二次悬浮。这些也成为悬浮颗粒物治理的主要难题。
 
王伟波告诉记者,大多空气净化器主要使用物理吸附法去除空气颗粒悬浮物,但吸附材料多为一次性使用,不仅使用成本较高,可能还涉及一些化学材料,存在难于降解和二次污染等问题。
 
王伟波所在团队研究藻类固沙固土十余年。“我们的技术是现成的,只需改变一些方法。”王伟波说。土壤藻类吸附颗粒悬浮物后,就变成了土块,类似于成土作用,没有任何污染,是非常高效的绿肥。
 
未来,科研人员将设计一大批不同规模尺度的合理实用的小装置,例如做一个密封的圆柱形装置,将具鞘微鞘藻固定在圆柱形表面,然后给这个装置施负压,以实现更好的吸附效果,也可以做成假山的形状放在公园里。这些装置可以根据不同的使用场所再作调整,比如办公室、家庭、广场等。
 
《中国科学报》 (2014-05-19 第6版 进展)
 
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