重金属污染农田土壤修复专利技术综述

徐龙龙

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 510000）

我国幅员辽阔，陆地面积位居世界第三，但其中可耕种土地较少。据2021年第三次全国国土调查数据，我国耕地面积约19.1亿亩，然而由于人口众多，当前我国人均耕地面积仅为1.3亩。同时，随着工农业的发展，矿山开采、灌溉水污染、农药和化肥的大量使用以及大气降尘等因素，导致农田土壤重金属污染日益严重。因此，确保耕地保有量和永久基本农田保护目标，改善土壤环境，保证农产品质量仍是艰巨的任务。

农田土壤的主要重金属类污染物有镉、铅、汞、铜、砷、铬、镍等。对于农田土壤的重金属污染，可采用物理、化学、生物、农业生态联合修复等多种技术。其中，物理化学修复方法是较为常用的方法，如使用EDTA柠檬酸等进行淋洗，使用生物炭等进行物理吸附、客土种植、电动修复，但一般成本较高；生物修复主要包括植物修复、微生物修复、动物修复及其联合修复，具有成本低、较为环保等优点，但一般修复周期较长。

1 重金属污染农田土壤修复技术的专利申请情况

近20年间，重金属污染农田土壤修复技术的专利申请量呈现波动上升的趋势（见图1），在2011年之前相关专利申请量较少，发展缓慢，2012年开始增长，至2018年达到峰值，之后有所回落。相关专利技术主要集中于中国，国外针对耕地污染修复的申请量较少且稳定。从申请人排名分析，主要集中于研发实力雄厚的高校和研究机构（见图2），其中，浙江大学申请数量最多，为41件。

图1 重金属污染农田土壤修复技术相关专利申请量趋势（图源：incoPat）

图2 重金属污染农田土壤修复技术相关专利申请人排名（图源：incoPat）

2 重金属污染农田土壤修复技术的发展方向

物理吸附，化学淋洗、钝化，植物富集等均为较成熟、常用的修复技术。针对目前修复技术存在的问题，主要的改进方向有物理载体的改性、优化，淋洗剂的优选、复配，修复微生物的筛选，多种修复方式的配合和优化。

浙江大学的梁新强等[1]将植酸修饰与传统的生物炭吸附相结合，通过将植酸修饰生物炭、石灰和壳聚糖混匀过筛后，制得植酸修饰复合生物炭土壤调理剂。利用植酸和石灰对重金属镉的强吸附作用，通过生物炭大比表面积和发达的孔隙结构为重金属镉的吸附固持提供活性点位，通过壳聚糖将生物炭和石灰颗粒很好地粘结起来，能够对污染农田土壤的镉进行钝化。

韶关学院的肖艳辉等[2]提出了一种利用芳香植物修复和高效利用镉污染农田土壤的方法，采用芳香植物在镉污染农田土壤上种植，将成熟的芳香植物收割并留桩；收割后施肥、浇水，促进残茬二次生长；收割的产出物集中处理，提取精油和纯露。采用椒样薄荷与柠檬香茅在重度镉污染农田土壤上每3年进行相互轮作种植1次，既能逐步修复镉污染农田土壤，又能带来较高经济效益。

山西省农业科学院果树研究所的肖蓉等[3]提供了一株具有铬耐受和Cr（VI）去除能力的菌株。菌株为纤维微菌，保藏号为CGMCCNO：16135，是国内首次发现纤维微菌有较高的耐铬和去除六价铬能力。将菌剂与麦麸、壳聚糖、草炭土一起混合施入铬污染农田，施肥与解毒可同时进行。

华中农业大学的汪明霞等[4]制备了一种镉-铅复合污染农田修复剂。该修复剂采用AM真菌与铁锰氧化物、生物质炭制备，利用三者的协同促进作用固定镉-铅，同时促进植物生物量增加，效果稳定，成本较低。

天津农学院的孙国红等[5]制备了一种用于中重度水稻田重金属镉污染的高效钝化剂，对传统的吸附材料进行了改性。将坡缕石粉末加入到乙醇-偏磷酸钠溶液中，并置于超声分散机中分散；分散后抽滤并晾干；液氮速冻；真空干燥；收集粉末研磨即制得改性坡缕石。在改性过程中，采用低温氮冷冻增加坡缕石孔径，变大以后接枝的效率更高，能够负载更多的硅烷，同时，为避免孔太大负载后容易掉落，采用硫氢化钠中的二硫键，提高硅烷和坡缕石结合能力，保证负载效果，负载率提高30%左右。

河南清水源科技股份有限公司的王佳佳等[6]设计了一种去除土壤重金属污染的仿生植物，包括仿生叶面、直通中杆、直通外壳和吸附填料，直通中杆、密封下部和固定上部与仿生叶面之间的空隙设置吸附填料；仿生叶面包括纤维叶面和扇形的铝箔叶面。吸附填料为石灰（CaO）、活性炭、海泡石、沸石等。基于植物水分蒸腾原理，进行土壤重金属离子的吸附和去除，同时利用太阳照射使铝箔发热，加速仿生植物水分吸收和蒸腾，提高重金属有效态的迁移速度及装置的富集能力（见图3）。

图3 仿生植物修复装置

温州医科大学的葛利云等[7]提出了一种海洋细菌联合植物修复重金属污染盐碱土壤的方法，首先取得海洋不动杆菌菌种；进行发酵得生物表面活性剂发酵液；将无柄小叶榕种植于污染土壤中，再将生物表面活性剂发酵液添加至污染土壤中，与无柄小叶榕联合修复污染土壤。将植物、海洋微生物二者有效结合，利用生物表面活性剂增溶、增流效果，提高土壤中有效态重金属含量，利于植物吸收，对植物进行重金属污染场地的修复有强化效果。

INHA UNIVERSITY RESEARCH AND BUSINESS FOUNDATION的SOJAESEONG等[8]提供了一株具有铜耐受和去除能力的芽孢八叠球菌属菌株，Sporosarcinasoli B-22，在铜污染的土壤和地下水中都有很好的处理效果。

3 结束语

由于农药和化肥的大量使用等原因，导致农田土壤中的重金属逐渐积累。随着人们对农产品质量的要求不断提高，如何降低农田土壤中的重金属含量成为当下需要关注的问题。通过种植富集植物，通过植物吸收富集重金属后，移除植株，从而降低耕地中重金属元素含量，效果显著，但周期较长；通过EDTA柠檬酸等进行淋洗、使用生物炭等进行吸附等物理化学修复方法，效果好、修复时间短，但成本较高。

近年来，对于农田土壤重金属修复的研究主要集中在载体和淋洗剂的改性、优化、复配，修复微生物的筛选，以及通过在污染农田种植非食用经济植物或仿生植物富集重金属，或通过特定植物根系的固定化作用、避免重金属进入食物链。虽然相关专利申请量较多，但在技术规模化实施和应用的难度较高、专利的转化能力仍有待提升。