【中國科學報】土壤藍藻:PM2.5新剋星

　　土壤藻類吸附顆粒懸浮物後，就變成了土塊，類似於成土作用，沒用任何汙染，是非常高效的綠肥。

美麗的具鞘微鞘藻。美國亞利桑那州立大學教授 Ferran Garcia-Pichel供圖

　　中科院武漢植物園助理研究員王偉波和研究員張全發共同發明了一種能快速去除空氣中懸浮顆粒物的方法，他們的「法寶」就是土壤藍藻。

　　眾所周知，大型綠色植物可以很好地防風固沙，然而這些植物傾向於固著直徑相對較大的懸浮顆粒物，對顆粒較小的比如可吸收性顆粒物吸附和固定能力則十分有限。

　　這些年來，科研人員通過研究發現，土壤藍藻不僅能夠固碳、固氮、增氧、增加空氣溼度，對灰塵還具有較強的吸附性。

　　日前，中科院武漢植物園助理研究員王偉波和研究員張全發共同發明了一種能快速去除空氣中懸浮顆粒物的方法，他們的「法寶」就是土壤藍藻。

　　不怕嚴寒酷暑的藻類

　　在大約30億年前，地球上就出現了藍藻，這種藻類不僅分布很廣，還具有極大的適應性。

　　淡水和海水，潮溼和乾旱的土壤或巖石，樹幹和樹葉，甚至在鹽滷池、巖石縫中都有藍藻的蹤跡，它們不僅分布在熱帶、亞熱帶、溫帶，還會出現在寒帶甚至極地地區。

　　王偉波所研究的土壤藻類主要集中在藍藻門，比如微鞘藻屬、偽枝藻屬、裂須藻屬等。他的導師中科院水生所研究員劉永定研究藻類固沙已有幾十年，劉永定告訴記者，目前固沙效果比較好而且技術相對成熟的藻類主要集中在微鞘藻屬。

　　其中，具鞘微鞘藻是主要的研究目標之一。該藻類是我國分布廣泛、現存量大、研究較透徹的一種微鞘藻，主要分布在西北乾旱半乾旱地區和西南乾熱河谷地帶。

　　「在非極端環境中，多數藻類競爭不過高等植物，而惡劣的環境卻為它們提供了生存的可能。」張全發說，我們現在的森林中人工林和速生林比例很大，通過退耕還林和生態修復，我國森林覆蓋度有了很大改善。

　　科研人員推測，這些人工林和速生林喪失的可能是低等植物，而低等植物能夠增加空氣溼度，對灰塵也具有更強的吸附性。

　　強大的吸附能力

　　在我們現代城市的綠化系統中，主要是一些高等植物，如小喬木和灌木，人們對這些植物的選擇主要依據可能是美觀、易於管理和維護，卻忽略了它們對灰塵的吸附能力。

　　王偉波指出，事實上，小葉植物的吸附力可能更強，比如文竹。「關於城市綠化系統和土壤藻類吸附空氣中顆粒汙染物的對比，目前只是通過一些觀察實驗獲得，我們還需要掌握進一步的數據。」

　　儘管如此，科研人員也提出了一個科學問題：高等植物和低等植物的培養方式不同，雖然土壤藻類屬於低等植物，也屬於微生物，但它們可根據需要通過不同的載體製作成不同的形狀，生長環境可能並不需要土壤，這種優勢是高等植物無法比擬的。

　　王偉波就曾做過這樣的實驗，將藻類固定在紗布上，然後纏繞在公園的樹幹上、牆壁上、馬路圍欄上等，它們可以很自然地安家落戶，形成微生物膜。

　　不僅適應性強，作為主要研究對象的具鞘微鞘藻還能夠分泌大量的胞外多糖，膠結土壤顆粒，從而將沙粒固定住。王偉波在研究固沙的同時發現，這種多糖還有吸附灰塵的功能。

　　「介入這樣的研究也純屬偶然。」王偉波說，「關於藍藻胞外多糖，國內外開展了大量研究，並發現胞外多糖主要帶負電荷，對重金屬有非常好的吸附作用。」

　　鑑於此，王偉波團隊展開大膽設想，這種胞外多糖能不能吸附空氣中懸浮顆粒物呢？通過實驗，他們發現效果非常好。

　　衍生實用小裝置

　　王偉波和張發全發明的「一種土壤藻類去除城市空氣中懸浮顆粒物的方法」獲得了國家發明專利授權。

　　「我們稱這項專利為母專利。」張發全說，「不久的將來，我們還會有一些實用新型的子專利問世。」

　　隨著社會經濟的發展、城市化進程的加快，機動車尾氣排放與建設工程引起的空氣中懸浮顆粒物迅速增加。這些細小顆粒物體積小、重量輕，長期漂浮在空氣中，可能對人體健康造成危害，PM2.5就是其中之一。

　　目前，城市建設通過加大綠化投入，擴大綠化面積來減少空氣中懸浮顆粒物含量。由於受氣候限制，城市綠化系統對懸浮顆粒物的吸附和固定能力隨季節變化顯著；另外，大型綠色植物對顆粒較小的顆粒物吸附和固定能力較弱；遭遇乾燥大風季節，固定的顆粒物會發生二次懸浮。這些也成為懸浮顆粒物治理的主要難題。

　　王偉波告訴記者，大多空氣淨化器主要使用物理吸附法去除空氣顆粒懸浮物，但吸附材料多為一次性使用，不僅使用成本較高，可能還涉及一些化學材料，存在難於降解和二次汙染等問題。

　　王偉波所在團隊研究藻類固沙固土十餘年。「我們的技術是現成的，只需改變一些方法。」王偉波說。土壤藻類吸附顆粒懸浮物後，就變成了土塊，類似於成土作用，沒有任何汙染，是非常高效的綠肥。

　　未來，科研人員將設計一大批不同規模尺度的合理實用的小裝置，例如做一個密封的圓柱形裝置，將具鞘微鞘藻固定在圓柱形表面，然後給這個裝置施負壓，以實現更好的吸附效果，也可以做成假山的形狀放在公園裡。這些裝置可以根據不同的使用場所再作調整，比如辦公室、家庭、廣場等。

　　（原載於《中國科學報》 2014-05-19 第6版 進展)