重金屬污染農田土壤修復專利技術綜述

徐龍龍

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東 廣州 510000）

我國幅員遼闊，陸地面積位居世界第三，但其中可耕種土地較少。據2021年第三次全國國土調查數據，我國耕地面積約19.1億畝，然而由于人口眾多，當前我國人均耕地面積僅為1.3畝。同時，隨著工農業的發展，礦山開采、灌溉水污染、農藥和化肥的大量使用以及大氣降塵等因素，導致農田土壤重金屬污染日益嚴重。因此，確保耕地保有量和永久基本農田保護目標，改善土壤環境，保證農產品質量仍是艱巨的任務。

農田土壤的主要重金屬類污染物有鎘、鉛、汞、銅、砷、鉻、鎳等。對于農田土壤的重金屬污染，可采用物理、化學、生物、農業生態聯合修復等多種技術。其中，物理化學修復方法是較為常用的方法，如使用EDTA檸檬酸等進行淋洗，使用生物炭等進行物理吸附、客土種植、電動修復，但一般成本較高；生物修復主要包括植物修復、微生物修復、動物修復及其聯合修復，具有成本低、較為環保等優點，但一般修復周期較長。

1 重金屬污染農田土壤修復技術的專利申請情況

近20年間，重金屬污染農田土壤修復技術的專利申請量呈現波動上升的趨勢（見圖1），在2011年之前相關專利申請量較少，發展緩慢，2012年開始增長，至2018年達到峰值，之后有所回落。相關專利技術主要集中于中國，國外針對耕地污染修復的申請量較少且穩定。從申請人排名分析，主要集中于研發實力雄厚的高校和研究機構（見圖2），其中，浙江大學申請數量最多，為41件。

圖1 重金屬污染農田土壤修復技術相關專利申請量趨勢（圖源：incoPat）

圖2 重金屬污染農田土壤修復技術相關專利申請人排名（圖源：incoPat）

2 重金屬污染農田土壤修復技術的發展方向

物理吸附，化學淋洗、鈍化，植物富集等均為較成熟、常用的修復技術。針對目前修復技術存在的問題，主要的改進方向有物理載體的改性、優化，淋洗劑的優選、復配，修復微生物的篩選，多種修復方式的配合和優化。

浙江大學的梁新強等[1]將植酸修飾與傳統的生物炭吸附相結合，通過將植酸修飾生物炭、石灰和殼聚糖混勻過篩后，制得植酸修飾復合生物炭土壤調理劑。利用植酸和石灰對重金屬鎘的強吸附作用，通過生物炭大比表面積和發達的孔隙結構為重金屬鎘的吸附固持提供活性點位，通過殼聚糖將生物炭和石灰顆粒很好地粘結起來，能夠對污染農田土壤的鎘進行鈍化。

韶關學院的肖艷輝等[2]提出了一種利用芳香植物修復和高效利用鎘污染農田土壤的方法，采用芳香植物在鎘污染農田土壤上種植，將成熟的芳香植物收割并留樁；收割后施肥、澆水，促進殘茬二次生長；收割的產出物集中處理，提取精油和純露。采用椒樣薄荷與檸檬香茅在重度鎘污染農田土壤上每3年進行相互輪作種植1次，既能逐步修復鎘污染農田土壤，又能帶來較高經濟效益。

山西省農業科學院果樹研究所的肖蓉等[3]提供了一株具有鉻耐受和Cr（VI）去除能力的菌株。菌株為纖維微菌，保藏號為CGMCCNO：16135，是國內首次發現纖維微菌有較高的耐鉻和去除六價鉻能力。將菌劑與麥麩、殼聚糖、草炭土一起混合施入鉻污染農田，施肥與解毒可同時進行。

華中農業大學的汪明霞等[4]制備了一種鎘-鉛復合污染農田修復劑。該修復劑采用AM真菌與鐵錳氧化物、生物質炭制備，利用三者的協同促進作用固定鎘-鉛，同時促進植物生物量增加，效果穩定，成本較低。

天津農學院的孫國紅等[5]制備了一種用于中重度水稻田重金屬鎘污染的高效鈍化劑，對傳統的吸附材料進行了改性。將坡縷石粉末加入到乙醇-偏磷酸鈉溶液中，并置于超聲分散機中分散；分散后抽濾并晾干；液氮速凍；真空干燥；收集粉末研磨即制得改性坡縷石。在改性過程中，采用低溫氮冷凍增加坡縷石孔徑，變大以后接枝的效率更高，能夠負載更多的硅烷，同時，為避免孔太大負載后容易掉落，采用硫氫化鈉中的二硫鍵，提高硅烷和坡縷石結合能力，保證負載效果，負載率提高30%左右。

河南清水源科技股份有限公司的王佳佳等[6]設計了一種去除土壤重金屬污染的仿生植物，包括仿生葉面、直通中桿、直通外殼和吸附填料，直通中桿、密封下部和固定上部與仿生葉面之間的空隙設置吸附填料；仿生葉面包括纖維葉面和扇形的鋁箔葉面。吸附填料為石灰（CaO）、活性炭、海泡石、沸石等。基于植物水分蒸騰原理，進行土壤重金屬離子的吸附和去除，同時利用太陽照射使鋁箔發熱，加速仿生植物水分吸收和蒸騰，提高重金屬有效態的遷移速度及裝置的富集能力（見圖3）。

圖3 仿生植物修復裝置

溫州醫科大學的葛利云等[7]提出了一種海洋細菌聯合植物修復重金屬污染鹽堿土壤的方法，首先取得海洋不動桿菌菌種；進行發酵得生物表面活性劑發酵液；將無柄小葉榕種植于污染土壤中，再將生物表面活性劑發酵液添加至污染土壤中，與無柄小葉榕聯合修復污染土壤。將植物、海洋微生物二者有效結合，利用生物表面活性劑增溶、增流效果，提高土壤中有效態重金屬含量，利于植物吸收，對植物進行重金屬污染場地的修復有強化效果。

INHA UNIVERSITY RESEARCH AND BUSINESS FOUNDATION的SOJAESEONG等[8]提供了一株具有銅耐受和去除能力的芽孢八疊球菌屬菌株，Sporosarcinasoli B-22，在銅污染的土壤和地下水中都有很好的處理效果。

3 結束語

由于農藥和化肥的大量使用等原因，導致農田土壤中的重金屬逐漸積累。隨著人們對農產品質量的要求不斷提高，如何降低農田土壤中的重金屬含量成為當下需要關注的問題。通過種植富集植物，通過植物吸收富集重金屬后，移除植株，從而降低耕地中重金屬元素含量，效果顯著，但周期較長；通過EDTA檸檬酸等進行淋洗、使用生物炭等進行吸附等物理化學修復方法，效果好、修復時間短，但成本較高。

近年來，對于農田土壤重金屬修復的研究主要集中在載體和淋洗劑的改性、優化、復配，修復微生物的篩選，以及通過在污染農田種植非食用經濟植物或仿生植物富集重金屬，或通過特定植物根系的固定化作用、避免重金屬進入食物鏈。雖然相關專利申請量較多，但在技術規模化實施和應用的難度較高、專利的轉化能力仍有待提升。