科学通报 | 土壤重金属污染精准修复技术的研究进展

近日，北京化工大学化学学院陈伟副教授课题组在《科学通报》发表题为“土壤重金属污染精准修复技术的研究进展”的综述文章。该文章针对当前日益严峻的土壤重金属污染问题，系统评述了当前物理、化学、生物及联合修复等主流方法的研究进展与局限性，并对未来土壤重金属修复研究进行了展望。

伴随工业化、城市化和农业集约化，土壤重金属污染问题日益凸显，并逐渐演变成全球关注的重大环境难题。相关统计显示，中国耕地土壤污染超标率高达19.4%，其中镉超标率达7%。

土壤中的重金属并非凭空出现，既有自然因素的影响，更离不开人为活动的“推波助澜”。成土母质、地质运动以及生物残体分解等自然作用，会让土壤中天然存在少量重金属；采矿、冶炼、电镀等行业在生产过程中，会产生大量含高浓度重金属的废弃物，这些废弃物会通过大气沉降、废水排放、废渣堆积等途径渗入土壤；过度施用的化肥、农药中，部分会携带重金属杂质；而用未经处理的污水灌溉农田，更是直接将重金属“灌”进了土壤；城市交通运输过程中的尾气排放以及轮胎、刹车片磨损产生的重金属颗粒，也会随着雨水沉降或空气流动沉入土壤（图1）。

图1 土壤中重金属的主要来源

土壤重金属污染不仅会直接破坏土壤生态平衡，导致农作物生长受抑及产量锐减，还会间接地通过“土壤→农作物→畜禽→人”的食物链逐级传递进入人体，重金属的长期累积则会损害肾脏、肝脏、神经系统等，诱发人体多种疾病。

基于重金属污染现状，该文章综合描述了物理、化学、生物以及联合修复四大类土壤重金属污染修复方法。

一、物理修复

客土法通过将未污染或污染程度较轻的土壤搬运至污染区域，覆盖在污染土壤表面；

换土法则是挖除污染土壤后置换为清洁土壤；

深耕翻土法对重金属污染的土地进行机械深耕，将表层污染土壤与深层低污染土壤混合，利用稀释效应降低表层土壤中重金属的浓度及生物有效性；

电动修复法是通过电场力驱动重金属迁移，使其脱离土壤环境，在污染土壤两端施加直流电场，使重金属离子在电场作用下向电极方向迁移，随后通过收集电极附近的重金属实现去除；

热解析修复法是通过可控加热，促使土壤中挥发性或半挥发性重金属从基质中挥发分离，进而通过冷凝、吸附等系统捕获挥发态污染物，实现重金属与土壤的高效分离。

二、化学修复

化学淋洗法利用淋洗剂与土壤中的重金属发生化学反应，使重金属溶解并随淋洗液脱离土壤；

固化/稳定化法是向污染土壤中添加固化剂或稳定剂，通过物理、化学作用改变重金属的存在形态，以降低其生物有效性和迁移性；

原位超稳矿化法是向重金属污染土壤中精准施加特定的矿化剂，驱动重金属离子与矿化剂或土壤固有成分发生配位反应，形成晶格结构稳定、溶解度极低且生物有效性可忽略的矿物晶体，从而实现重金属从活性态向稳定态的不可逆转化，有效阻断其向食物链或水环境的迁移路径。

段雪院士团队已成功研发超稳矿化重金属污染土壤修复材料及配套的万吨级生产技术，构建起“材料研发-工艺优化-工程应用”的完整技术体系，并依托该技术在湖南、海南、浙江、江苏等重金属污染重点区域完成污染土壤的修复工程，充分证实了原位超稳矿化法在大规模重金属污染土壤修复中的可靠性与实用性。

三、生物修复

植物修复利用超富集植物对重金属特殊的吸收特性，通过根系吸收、转运并重金属离子；

微生物修复则是借助微生物的代谢活动来改变重金属的形态和毒性，一些细菌能够将毒性较高的重金属离子还原为毒性较低的形态，或者通过分泌胞外聚合物与重金属结合而降低其迁移性。

四、联合修复

联合修复通过整合物理、化学、生物等修复方法的技术优势，既弥补单一修复方法的不足，又实现修复效果的显著提升。

物理-化学联合修复法结合了电动修复和化学淋洗的优势，利用电场促进淋洗剂在土壤中的扩散速度，提高重金属淋洗效率，同时，电场促进重金属离子的解吸和迁移，减少淋洗剂的用量；

生物-化学联合修复法通过添加化学改良剂促进植物对重金属的吸收，或利用微生物与化学试剂的协同作用降低重金属毒性。

基于对当前主流修复方法的深入分析，该文章提出了基于多学科研究的未来土壤重金属修复理论路线（图2）。短期（至2025年）可聚焦联合修复工艺优化，通过实验研究和现场实践，明确不同修复方法的最佳组合方式与操作参数，实现修复效率提升和成本降低的目标；中期（至2030年）着力开发基因编辑植物，利用CRISPR-Cas9等基因编辑技术增强超富集植物对重金属的吸收、转运和耐受能力，实现提高修复效果和缩短修复时间的目标；长期（至2050年）致力于构建AI驱动的智能修复系统，借助人工智能和大数据技术，精准预测重金属迁移转化规律，实时监控修复过程，智能调控修复参数，推动土壤重金属污染修复领域的智能化发展。

图2 未来土壤重金属修复理论路线图

最后，作者提出了以下展望：（1）未来应从微观层面深入钻研修复过程中重金属的迁移转化机制，全面揭示其在土壤-植物-微生物系统中的行为规律，为精准修复筑牢理论根基；（2）大力推动新型修复材料和技术的研发，加强纳米材料、基因工程技术、人工智能技术等在土壤重金属污染修复中的应用研究；（3）加强原位修复技术的研究与应用，原位修复能最大程度减少对土壤环境的扰动，维持土壤生态系统的原有功能；（4）开展修复技术的生命周期评价，全面评估修复过程对环境和经济的综合影响，以实现可持续修复。

文章信息

董海钰, 胡慧, 梁在旭, 王明远, 崔继元, 冯滨滨, 盛况, 刘芳, 陈伟. 土壤重金属污染精准修复技术的研究进展. 科学通报, 2026, 71(25): 6061–6078

Dong H, Hu H, Liang Z, Wang M, Cui J, Feng B B, Sheng K, Chen W. Research progress on precision remediation technologies for heavy metal pollution in soil (in Chinese). Chin Sci Bull, 2026, 71(25): 6061–6078, doi: 10.1360/CSB-2025-5543

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