您不知道的植物功能
99/04/06
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賴鴻裕｜
明道大學精緻農業學系
重金屬對健康的危害
重金屬，顧名思義就是很重的金屬，那是多重呢？水的密度是 1 公克／立方公分，當金屬密度超過 5 公克／立方公分時，就稱作重金屬。臺灣法規所管制的土壤重金屬共有 8 種，分別是鎘、鉻、銅、汞、鎳、鉛、鋅和砷。人體內如果累積太多的重金屬，可能會導致一些大家耳熟能詳的疾病，例如痛痛病、烏腳病、水俁病等。這 8 種重金屬的危害性分別敘述如下。
鎘（Cadmium, Cd） 鎘是有劇毒的銀白色固體，土壤中的鎘非常容易被植物吸收，過量的鎘會使植物葉片變小或枯死。人體吸收過量的鎘會導致高血壓和腎臟病，並造成睪丸組織及紅血球的傷害，使人類或動物罹患前列腺癌、腎癌、睪丸癌等，也會導致胎兒畸形。
1950 年代，日本富山縣有一千多人罹患了一種怪病，患者的骨骼和關節變形，出現劇烈疼痛，其中有一百人左右因此死亡。經過十幾年的調查，終於在 1968 年確定是附近工廠排放出含鎘的廢水汙染了水田，當地農民長期食用被鎘汙染的稻米後，就得到這種舉世皆知的「痛痛病」。「痛痛病」沒有根治的方法，醫生只能以藥物減輕疼痛，患者一輩子都無法逃脫疼痛的糾纏。
1983 年，桃園縣觀音鄉大潭村的高銀化工廠排出含鎘廢水汙染了灌溉溝渠。隔年，附近的蘆竹鄉中福村也發現因基力化工廠汙染農田而產生鎘米，這就是臺灣的「鎘米事件」。
鉻（Chromium, Cr） 鉻是灰色的固體，對人體而言，鉻是一種必要的微量元素，可以降低血液中過高的葡萄糖，抑制糖尿病。但過量攝取六價鉻，有致癌的風險，急性可能使腎管狀細胞死亡，慢性可能使組織壞死或引發呼吸道癌。
銅（Copper, Cu） 銅是具紅色光澤的固體，若食入過多可能出現肝腫大、肝疼痛、黃疸等現象。銅是植物生長的必需微量元素之一，但高量銅會抑制植物對其他必需元素的吸收，植物因而變黃和生長緩慢。在農業上，銅溶液普遍做為殺菌劑或殺藻劑，例如在葡萄園常會噴灑「波爾多」，「波爾多」液就是一種含銅的殺菌劑。
汞（Mercury, Hg） 汞是有劇毒的銀白色液體，俗稱水銀，若經由皮膚吸收可能會危害神經系統，即所謂的「水俁病」，這種疾病是由於 1953 年在日本熊本縣水俁灣附近首先發現而得名。患者會出現驚嚇、兩眼斜視、吞嚥困難、抽搐、嘴巴張開卻不能說話等現象，有的小孩則會瞇著眼睛發出狂笑，症狀嚴重的會出現顫抖、精神不穩定、喪失記憶、肌肉衰弱、痙攣、麻痺等現象，並且很快就死亡。
鎳（Nickel, Ni） 鎳是銀灰色的固體，會刺激呼吸道，引起咳嗽和呼吸急促，長期會導致肺癌和鼻竇癌。鎳粉塵會刺激眼睛和皮膚，長期和皮膚接觸可能造成過敏發紅。植物受鎳毒害的症狀是生長遲緩，葉片出現黃化的現象，嚴重時根部生長會受到阻礙，莖葉呈現斑點而壞死。
鉛（Lead, Pb） 鉛是青白色、銀色或灰色固體，曾被報導會影響植物的光合作用、呼吸作用及作物產量。長期暴露在含鉛環境中的人，會出現食欲不振、噁心、口腔有金屬味、便祕、焦慮、貧血、疲倦、失眠、頭痛、神經過敏、口齒不清、胃痛、肌肉和關節疼痛等症狀。
鋅（Zinc, Zn） 鋅是具有藍白色光澤的固體，會刺激鼻子、喉嚨及眼睛，並使皮膚乾燥。吞食大量鋅粉可能造成胃炎和嘔吐，主要症狀是出汗、發抖、頭痛、發燒、口渴、肌肉酸痛、嘔吐、疲倦、咳嗽、流淚、眨眼、酸痛、皮膚乾燥等。
砷（砒霜，Arsenic, As） 砷是灰黑色的固體，過多的砷會抑制植物的生長，尤其根部最為明顯。砷是致癌物質，主要引發的症狀包含咳嗽、胸痛、角膜炎、眼皮浮腫、反胃、嘔吐、腹痛、痢疾、心律不整。台灣南部沿海某些地區居民發生「烏腳病」事件，主要和飲水中砷含量過高有關。發病初期患部因末梢血管栓塞、血流量減少，致使患部皮膚變為蒼白，然後變為紫紅色，最後變成黑色。在患病期間會出現發麻、發冷等症狀，最後產生潰爛、壞疽。
「烏腳病」最可怕的症狀是當患肢自動脫落或被切除後，仍會繼續惡化。很多病人發病初期症狀出現在腳趾，腳趾截肢後小腿又開始發病，小腿截肢後大腿又會出現病徵。如此接二連三地進行截肢，使病人身心都遭重創。烏腳病所產生的疼痛非常劇烈，往往使病人疼痛難忍，無法成眠，有些病人因無法忍受肉體的痛苦及精神上的折磨而厭世尋短。
重金屬從哪裡來
由於重金屬會對人體健康造成不良影響，因此了解重金屬從哪裡來，除了可以避免接觸這些汙染物外，更可以進一步採用適當的方式，減少重金屬在環境中的累積。
國外許多礦區附近會出現重金屬汙染，這些礦區的採礦活動會使重金屬飛散在空氣中造成土壤汙染。在使用含鉛汽油的年代，汽機車等交通工具所排放的廢氣會把鉛排放到空氣中，造成鉛在空氣中散布，如路旁種植一些可以食用的作物，鉛可能會累積在作物的葉片上，如果這些作物在食用之前清洗不完全，鉛就會進入人體中累積。
農業上會施用肥料增加作物的產量，或噴灑殺蟲劑、除草劑控制病害、蟲害和雜草，但這些藥劑可能含有各種不同種類的重金屬，過度使用會使重金屬累積在作物葉片上，下雨則把這些重金屬洗到土壤中，造成土壤重金屬含量增加。
銅和鋅是動植物生長的必需元素，飼養豬隻和家禽常會在飼料中添加銅和鋅，以促進這些動物的生長。若銅或鋅的添加量過高，或把沒有經過處理的糞便和尿液排放到環境中，會造成環境中銅或鋅的濃度增加。廢水的處理過程可以把水中的重金屬轉移到汙泥中，但這些汙泥若沒有妥善處理，也會導致重金屬進入環境而累積。
另一種最常見的重金屬來源是由水而來，工業廢水的非法排放，導致土壤和地下水受到汙染。臺灣許多地方的工廠會把廢水直接排入附近的排水溝，農民引用排水溝的水灌溉，水中的重金屬就直接進入農田的土壤中累積，導致許多農地受到重金屬汙染，尤其是需要許多灌溉水的水稻田情形最為嚴重。
農地的重金屬汙染
臺灣農地總面積大約是 85 萬公頃，約占土地總面積的 25％，受到重金屬汙染的農地占 0.05％，面積約 400 公頃。在這 400 公頃受重金屬汙染的農地中，主要的重金屬是鎳、銅、鉻及鋅。如果以行政區域來看，彰化縣受汙染農地面積約有 230 公頃，約占 60％；桃園縣受汙染農地面積 65 公頃，約占 20％；新竹市受汙染農地面積 36 公頃，約占 10％。
土壤受到重金屬汙染的原因，大多和用受汙染的水灌溉有關，如在這些受到汙染的農地中種植水稻，就容易發生種植出來的稻米鎘含量過高的問題，也就是「鎘米」。一旦發生鎘米問題，依照目前的法令，水稻田必須馬上休耕，政府機關會立即銷毀這些稻米，以避免「鎘米」流入市面。
處理汙染土壤的方法
如果土壤中重金屬的含量極高，可以直接把這些汙染的土壤開挖移走，再用乾淨的土壤回填。若是重金屬的含量比法規標準略高，則可以利用稀釋的原理，把表面土壤和較深的土壤混合，使整個土壤的重金屬含量降低，就如同較濃稠的果汁加水稀釋一般。但混合僅是降低含量，重金屬仍然存在於土壤中，重金屬的總質量並沒有改變。
另外一種處理方式是使受重金屬汙染的土壤經過稀酸清洗，把原本在土壤中的重金屬帶走，再用處理後的土壤回填。但這樣的處理方式可能會使土壤變成酸性，由於大部分的植物無法在酸性土壤中生長，經過酸清洗過後的土壤可能因此不適合繼續種植作物，必須再添加石灰提高酸鹼度，或添加肥料增加土壤養分。
臺北縣市、桃園縣、新竹市、苗栗縣、臺中縣市、彰化縣、南投縣、臺南縣市、高雄縣等縣市都執行過農地汙染改善工作，主要是採用把表面土壤和較深的土壤混合的方式來降低重金屬含量，處理面積約為 240 公頃，採酸清洗處理的面積較少，僅約 27 公頃。處理這些受到重金屬汙染的土壤，所花費的費用約 3 億元，平均每處理一公頃受重金屬汙染的土壤，所需的費用就高達新臺幣 110 萬元左右，「寸土寸金」用來形容處理重金屬汙染的土壤，似乎相當貼切。
以植物處理受汙染的土壤
田野中，常常可以看到休耕的稻田仍然有一大片的波斯菊或油菜花海。這些植物藉由根部吸收土壤裡的養分，再把根部吸收的養分輸送到植物各部位。不僅僅是養分，植物根部也會把一些汙染物吸收到體內，因此可以利用這個特性，把植物種植在受重金屬汙染土壤中，藉由根部吸收土壤中的重金屬。所吸收的重金屬被轉移到葉或莖中，再利用收割植物的葉或莖，達到移除土壤重金屬的目的。由於植物的根部會抓住土壤，這些受到汙染的土壤也不會因風吹或下雨而流失，可以避免重金屬汙染的範圍擴大。
適合種植在受重金屬汙染土壤中的植物，除了必須可以忍受重金屬的毒害，本身不會死亡或生長不良之外，植物體必須有龐大的根部，可以累積高含量的重金屬；可以快速地生長；較大型的植物可以移掉較多的重金屬。能累積高含量重金屬的植物種類相當多，一般常以「超級累積植物」來稱呼。到 2000 年為止，在世界各地所發現的超級累積植物約有四百多種。
假如這些植物的作用主要是穩定土壤，避免重金屬移動或土壤流失，植物必須有龐大的根系可以使重金屬汙染的土壤保持在原地。它們本身必須可以抵抗重金屬的毒害，而且重金屬不會在植物體中累積，或僅累積在植物根部而不往植物的地上部傳輸。經由植物對土壤重金屬的穩定效果，可以把重金屬留在土壤中，避免因大雨而使重金屬移動，造成汙染的範圍擴大。
要把受到重金屬汙染的土壤恢復到乾淨的程度，需要花費大量金錢，而費用大部分都用在開挖、運送土壤等，如果受汙染的土地面積十分廣闊，處理所需費用更是難以估計。由於植物可以直接種植在受汙染的土地上，不需要挖開或搬運土壤，因此利用植物處理受重金屬汙染的土壤，最大的優點是費用低廉，可以處理大面積的土地。根據估計，以植物處理每公噸受重金屬汙染所需的費用約在新臺幣 500 元以下，但如以其他方式處理每公噸受重金屬汙染的土壤，所需的費用約在新臺幣 5 千至 5 萬元之間。
這種技術不會影響土壤的性質，因此處理後的土壤可以繼續耕種，民眾的接受度高。若是累積在植物中的元素是其他動植物所需的，這些收割後的植物經過適當處理後，可以進一步再施用在土壤中，或用來餵食動物。
但是這些可以在汙染區生長的植物，通常生長十分緩慢，而且較一般植物矮小，若要靠這些植物把土壤中的重金屬移除，使土壤恢復到乾淨的程度，所需的時間通常較長，可能需要數年、數十年甚至數百年的時間。儘管有這些限制，這個技術仍廣泛地被開發與研究，以增加實用性。
由於化石能源有限，對於依賴能源進口的臺灣來說，替代能源或生質能源的開發與應用更顯得重要。臺灣受重金屬汙染的土地必須休耕，如果可以在休耕的受重金屬汙染的土地中種植能源作物，不但能達到汙染土地再利用的目的，更可以減少溫室氣體的排放。但這些能源作物種植在受重金屬汙染的土壤後，所生產的生質能源會不會含有重金屬，使用後是否會造成空氣汙染，則是在應用上必須注意的。
