生态修复治理耕地土壤污染核心技术研究与应用

一、引言：

我国受污染耕地超 1.5 亿亩，重金属与有机污染严重威胁粮食安全与健康。传统修复方法存在局限，生态修复技术以环境友好、可持续性成为关键路径。本文探讨其核心技术与应用，助力耕地保护与污染治理。

二、治理污染耕地土壤土壤的常见方法及其优缺点

2.1.物理治理：客土/换土法，原理：替换污染土壤为清洁土壤。优点：快速彻底清除污染物。缺点：成本高，破坏土壤结构，需处理污染土（可能二次污染）。

2.2.化学治理：（1）化学固定/稳定化，原理：添加钝化剂（如石灰、磷酸盐）降低污染物活性。优点：成本低，操作简便。缺点：污染物仍存土壤中，长期可能重新活化。（2）化学淋洗原理：用酸或螯合剂溶液冲洗土壤，提取污染物。优点：适用于重度污染，效率较高。缺点：破坏土壤生态，需处理淋洗废液。

2.3.生物治理：（1）植物修复原理：种植超富集植物（如蜈蚣草）吸收污染物。优点：生态友好，成本低。缺点：周期长（数年），需处理富集植物；（2）微生物修复原理：利用微生物降解有机污染物（如农药）。优点：不破坏土壤结构，适合有机污染。缺点：受环境条件（温度、pH）影响，效果不稳定。

2.4.农艺调控：（1）调整种植结构原理：改种非食用作物（如棉花）或低积累品种。优点：减少污染物进入食物链，易实施。 缺点：经济收益可能降低。（2）水分/肥料管理原理：调节土壤 pH 或水分状态（如淹水降镉活性）优点：成本低，适合轻度污染。缺点：效果有限，需长期监控。

三、生态修复治理污染耕地土壤的核心技术

3.1 植物修复技术：利用植物吸收、转化、固定重金属，分四类。植物提取：超富集植物（如东南景天）吸收重金属到地上部分，多季种植可修复高含量土壤；植物稳定：禾本科等植物固定重金属于根部或转化为无害形态，适用于低含量高风险土壤；根际过滤：根系吸附沉淀重金属，与微生物协同固定转化，适用于轻度污染土壤；植物挥发：特定植物将硒、汞等转化为挥发性化合物释放，需警惕大气污染。

3.2 微生物修复技术：菌剂复合：如 AM 真菌与根瘤菌联合，提升大豆吸铜量 40% ；生物刺激：添加 2% 甘蔗渣，使脱氯单胞菌群丰度从 5% 升至 18% ；微生物可吸附、络合重金属（如芽孢杆菌、菌根真菌），或代谢转化污染物（如假单胞菌代谢石油烃），需调控环境因子；根际微生物强化：菌根真菌促根系扩展，植物促生菌分泌物质活化重金属。

3.3 生物炭与有机物料修复：生物炭生物质热解生成，吸附铅、镉等，适用于酸性土壤（如南方红壤镉污染），添加比例 2%-5% ；有机废弃物：堆肥、沼渣等通过腐殖酸络合重金属，如猪粪堆肥修复锌污染土壤，还能提升肥力。

3.4 生态联合修复技术：植物-微生物联合，如芥菜与假单胞菌修复铜污染，效率提升 30%-50% ；生物炭-微生物联合：生物炭为微生物提供栖息场所，如负载脱硫弧菌修复汞污染土壤。

四、修复治理污染耕地土壤的实际案例

4.1 镉污染农田修复：耕地土壤中镉含量达到 0.8mg/kg （超出农用地风险筛选值 0.3mg/kg) ），水稻镉超标率达到 60% 。技术方案：采用“蜈蚣草+ 微生物菌剂 ∣+ 生物炭”联合修复技术（具体实施流程包括：播种蜈蚣草，每公顷施用 5% 生物炭改良酸性耕地土壤；定期喷施含有芽孢杆菌的菌剂，以增强根系对镉的吸收；每年收割蜈蚣草地上部分并进行安全处置）。成效：三年后耕地土壤镉含量降至 0.3mg/kg 以下，水稻镉超标率降至 5% 以下，耕地土壤有机质含量提升 18% ，蚯蚓等耕地土壤生物数量增加 30% 。

4.2 某铅锌矿修复： π^* 区耕地土壤中铅浓度超标10 倍，植被覆盖率仅为 10% ，耕地土壤生物活性极低。技术方案：采用茵陈蒿（一种超富集植物）与菌根真菌联合修复技术（具体实施流程包括：向耕地土壤接种菌根真菌，以促进茵陈蒿根系发育；定期灌溉含氮、磷营养液，以增强植物生长势；五年后收割植物并回收重金属）。成效：耕地土壤铅浓度下降 45% ，植被覆盖率提升至 70% ，草本植物种类从3 种增加至12 种，耕地土壤酶活性（脲酶、磷酸酶）恢复至背景值的 80% 。

4.3 湖南郴州砷污染修复：项目规模：4 亩，污染程度：重度污染，修复时间5 年，承担单位：中科院地理所，修复方案：蜈蚣草 + 田间管理（水肥管理、除草、冬季覆膜），修复效果：最初超标国标 2-3 倍，种植蜈蚣草一年后土壤砷含量下降 10% ，三年后下降至 30–40% ，五年降至安全范围。

五、研究重点

生态修复污染耕地土壤是一项涉及多学科、长期且复杂的系统工程，修复技术面临单一技术的局限性（例如植物生长周期长、微生物抗逆性差）需要突破。而多技术联合修复应用（例如“超富集植物 ¹⁺ 功能菌剂+纳米材料”）以及智能化管理（例如物联网监测）已经成为下一步研究发展的核心方向：5.1 技术创新：技术融合创新方面，开发磁性纳米材料-微生物复合体（如 Bacillus），构建“修复植物-经济作物”轮作体系。通过基因工程优化，培育高富集、快生长的转基因植物（例如超表达 AtHMA4 的烟草）。利用基因编辑技术培育高效重金属吸收植物（例如过表达 OsHMA3 基因的水稻），开发耐极端环境的工程菌（例如耐高盐、高重金属的芽孢杆菌）；5.2 成本优化：“修复 ⋅⁺. 生态农业”模式，种植经济作物（如药用植物）以实现收益。规模化利用工业副产物（如钢渣、粉煤灰）制备低成本修复材料，降低生物炭热解能耗；5.3 生态-经济联动：产业融合模式，例如“光伏 ^⋅+ 植物修复”：在修复的同时进行发电，提升土地的经济价值。探索修复土壤的多元化利用模式（如“光伏修复+农业种植”、“生态湿地+观光旅游”），建立“污染治理-产业增值”闭环体系；5.4 智慧化监测：部署耕地土壤环境物联网（IoT）传感器网络，建立 AI 预测污染扩散趋势预测模型（FEFLOW 耦合 HYDRUS）。

六、核心成果与结论

本文聚焦于最新研究的进展，重点强调了核心技术的科学性、可行性和应用实例。通过论证，验证了多技术联合修复应用（例如“超富集植物 + 功能菌剂 + 纳米材料”）以及智能化管理（例如物联网监测）在耕地土壤污染治理方面的显著优势，通过上述研究成果以及技术的迭代和创新模式，我们发现多技术联合修复应用是实现污染耕地土壤从“被动治理”向“主动预防-精准修复-持续利用”转变的关键核心技术，为科研、工程、政策制定以及国内同类耕地土壤污染生态修复治理提供了可靠的科学依据和参考方案。

七、参考文献：

[1]中华人民共和国农业农村部. 耕地环境质量农用地耕地土壤污染风险管控标准（GB 15618-2018）[S]. 北京: 中国标准出版社, 2018.

[2]生态环境部. 中国耕地土壤污染防治政策文件汇编（2016-2023）[M].北京: 中国环境出版社, 2023.