駱永明：中國土壤污染與修復(fù)科技研究進(jìn)展和展望

我國土壤污染防治形勢嚴(yán)峻。當(dāng)前，農(nóng)用地 污染面廣、量大，工礦企業(yè)場地土壤與地下水污 染問題突出，流域性或區(qū)域性土壤污染態(tài)勢凸顯， 土壤污染風(fēng)險增大，威脅我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、人居環(huán)境安全和生態(tài)環(huán)境安全[1-2]。習(xí)近平總書記 曾多次強(qiáng)調(diào)“強(qiáng)化土壤污染管控和修復(fù)，有效防范 風(fēng)險，讓老百姓吃得放心、住得安心”。開展土壤 污染過程與風(fēng)險基礎(chǔ)研究，推進(jìn)土壤污染管控與修復(fù)共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，強(qiáng)化土壤環(huán)境監(jiān)管，保 障土壤環(huán)境安全，既是加大《土壤污染防治行動 計劃》科技支撐力度的現(xiàn)實需要，也是支撐美麗 中國、生態(tài)文明建設(shè)的長期需要。本文簡要分析 了我國土壤污染狀況，介紹了國內(nèi)外土壤污染與 修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，指出了我國土壤 污染防治科技研發(fā)中存在的若干問題，提出了我 國土壤污染與修復(fù)科技研究與發(fā)展今后的總體策 略與主要方向等對策建議。

我國土壤污染在區(qū)域上涉及西南、華中、華南、 華東、華北、西北、東北七大區(qū)的各省市區(qū)，空間 上遍布城市、城郊、農(nóng)村及自然環(huán)境（例如地質(zhì)高 背景區(qū)），在利用方式上涵蓋農(nóng)用地、建設(shè)用地、礦 區(qū)、油田和軍事用地[2-3]。在污染物類型上，耕地土 壤以重金屬為主，包括鎘、砷、汞、鉻、鉛、鉈、 銻等；工礦場地，除重金屬外，常出現(xiàn)有機(jī)污染物， 包括苯系物、鹵代烴、石油烴、持久性有機(jī)污染物 等。有的土壤還存在病原菌、病毒等生物性污染， 有的則存在爆炸物、化學(xué)武器殘留物、放射性核素、 抗生素及抗性基因、塑料及微塑料等[4-5]。這些污 染物在土壤中以不同的賦存形態(tài)、含量、污染方式 及污染程度存在，具有不同的釋放性、遷移性、有 效性和風(fēng)險性[5-6]。對土壤環(huán)境中這些污染物的源徑-匯和過程-含量-效應(yīng)-風(fēng)險，人們研究和了解得 相當(dāng)有限。

2014 年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》[7] 顯示，總的調(diào)查點位超標(biāo)率為 16.1%，中度和重度 污染點位分別為 1.5%和 1.1%。耕地土壤的超標(biāo)率 高達(dá) 19.4%，面廣、量大，危及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和 生物生態(tài)安全。工礦業(yè)場地土壤污染問題突出，點 位超標(biāo)率達(dá) 36.3%，有色金屬礦采選、有色金屬冶 煉、石油開采、石油加工、化工、焦化、電鍍、制 革、造紙、廢物處置、電子廢舊產(chǎn)品拆解等重點行 業(yè)用地及周邊土壤污染風(fēng)險高，危及人居環(huán)境安全 和生態(tài)系統(tǒng)健康。

近 20 年來，我國農(nóng)用地和工礦用地土壤污染過 程與修復(fù)科技快速發(fā)展。根據(jù)全球文獻(xiàn)計量分析， 我國近 20 年發(fā)表英文（SCI）論文數(shù)量逐年增加，在 2010 年就超過美國，位居第一；我國土壤修復(fù)技術(shù) 專利在全球的占比呈直線增加，比例達(dá) 60%以上， 遠(yuǎn)高于世界其他國家或地區(qū)，美國位于第二位。

2.1 土壤污染成因和過程研究與發(fā)展現(xiàn)狀 

近 40 多年來，歐美發(fā)達(dá)國家在土壤污染來源、 過程、機(jī)制、效應(yīng)、風(fēng)險、預(yù)測等基礎(chǔ)理論與方法 上開展了系列研究[8]。在土壤-植物和土壤-地下水系 統(tǒng)污染物遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制，特別是微觀分子機(jī)制、多 介質(zhì)傳輸機(jī)制、多界面分配機(jī)制、多尺度預(yù)測模型 等方面，取得了長足的研究進(jìn)展[9]。解析了多尺度 污染物源-徑-匯和形態(tài)/劑量-受體關(guān)系，建立了污染 源數(shù)據(jù)庫、生物毒性數(shù)據(jù)庫和環(huán)境基準(zhǔn)體系；在對 土壤環(huán)境背景及基準(zhǔn)研究的基礎(chǔ)上，建立了污染物 的遷移風(fēng)險、生態(tài)風(fēng)險和健康風(fēng)險評估方法；形成 了土壤污染防治的基礎(chǔ)理論、方法及技術(shù)原理，發(fā) 展了基于界面行為調(diào)控的土壤-植物和土壤-地下水 污染物有效性調(diào)控方法；為污染土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 制定及修復(fù)新技術(shù)設(shè)計奠定了理論與方法基礎(chǔ)。 

在國內(nèi)，近 40 年來，通過 20 世紀(jì) 80 年代第二 次土壤普查和 21 世紀(jì)初第一次全國土壤污染調(diào)查， 積累了大量基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，建立了全國土壤背景值圖 集[10]，分析了我國土壤污染特征，評價了土壤環(huán)境 質(zhì)量狀況，提出了土壤污染防治對策[11]。近 20 年來， 在國家“973”計劃項目支持下，圍繞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境 保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)，在京津冀、長江三角洲（長 三角）、珠江三角洲（珠三角）、東北老工業(yè)基地、 西南礦區(qū)和地質(zhì)高背景地區(qū)等區(qū)域，開展了多尺度 土壤污染特征、污染物遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制、界面過程和 環(huán)境風(fēng)險等方面的系列研究，了解了土壤中污染物 遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、生物有效性和污染風(fēng)險，初步闡明 了重金屬與持久性有機(jī)污染物復(fù)合污染及生態(tài)效 應(yīng)，建立了部分土壤環(huán)境基準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展了土壤 污染風(fēng)險管控與修復(fù)技術(shù)原理，為土壤污染防治提供了理論與方法指導(dǎo)[12]?！笆濉逼陂g，在國家重 點研發(fā)計劃項目支持下，土壤污染成因、過程及風(fēng) 險研究進(jìn)入了新階段，未來 5 年內(nèi)將在土壤污染源 匯關(guān)系與源解析、污染物積累與轉(zhuǎn)化機(jī)制、污染物 擴(kuò)散與驅(qū)動機(jī)制和污染風(fēng)險評估方法與指標(biāo)體系等 方面取得系統(tǒng)性、創(chuàng)新性研究進(jìn)展。

2.2 、土壤污染管控與修復(fù)技術(shù)研究與發(fā)展現(xiàn)狀 

近 20 年來，在國家“863”計劃項目等支持下， 我國土壤污染修復(fù)技術(shù)研究，于“十五”起步，“十一 五”進(jìn)步，“十二五”發(fā)展，“十三五”跨越；20 年的進(jìn) 展，帶動了土壤修復(fù)技術(shù)應(yīng)用和綠色修復(fù)產(chǎn)業(yè)化發(fā) 展，在修復(fù)技術(shù)、裝備及規(guī)?；瘧?yīng)用上與先進(jìn)國家 的距離在加快縮短。技術(shù)支撐上，初步建立了場地 土壤修復(fù)技術(shù)體系，快速、原位的土壤修復(fù)技術(shù)得 到研究與應(yīng)用；技術(shù)裝備上，研制了能支持快速土 壤修復(fù)的多種裝備；技術(shù)產(chǎn)業(yè)上，研發(fā)的技術(shù)支撐 了規(guī)?；瘧?yīng)用及產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作?？傮w上，在農(nóng)用地土 壤污染管控與修復(fù)技術(shù)上，我國與發(fā)達(dá)國家并駕齊 驅(qū)，有的已處領(lǐng)先地位；在建設(shè)用地方面，我國的 土壤污染管控與修復(fù)技術(shù)水平與歐美國家相比尚有 距離[13-14]。

（1）在農(nóng)用地方面，根據(jù)國際技術(shù)的研發(fā)歷程、 產(chǎn)業(yè)化程度和應(yīng)用推廣的分析，側(cè)重發(fā)展農(nóng)用地土 壤重金屬污染管控與修復(fù)技術(shù)，可歸納為三類：I 類 技術(shù)（植物提取與資源化技術(shù)）相對成熟，已經(jīng)實 現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，仍是研究熱點；II 類技術(shù)（重金屬鈍化 與替代種植技術(shù)）正逐漸成熟，開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階 段，緩慢發(fā)展；III 類技術(shù)（植物阻隔與穩(wěn)定化技術(shù)） 已有研究基礎(chǔ)，正在加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，快速發(fā)展。相對于發(fā)達(dá)國家，我國農(nóng)用地土壤污染治理技術(shù)研 究起步較晚，但進(jìn)步迅速。在我國，植物阻隔/穩(wěn)定 化技術(shù)研發(fā)早于國際，植物提取與資源化技術(shù)已處 國際領(lǐng)先地位。我國的相關(guān)論文、專利數(shù)量增幅明 顯，但篇均引用頻次大幅落后美國等發(fā)達(dá)國家① ，指 明需要繼續(xù)加強(qiáng)提升研究質(zhì)量和學(xué)術(shù)影響力。正在 努力的方向是豐富修復(fù)植物種質(zhì)資源[15]、提升修復(fù) 功能材料產(chǎn)品效益[16]、發(fā)展資源-材料-技術(shù)-效評體 系[17]，繼續(xù)加大投入，形成高效、廉價、安全、普 適的農(nóng)用地土壤污染管控與修復(fù)技術(shù)模式。

（2）在工礦用地方面，歐美國家已經(jīng)形成場地 土壤污染調(diào)查、風(fēng)險評估、標(biāo)準(zhǔn)制定、管理控制、 修復(fù)技術(shù)和法規(guī)體系[18-19]；正在著力研發(fā)高效、安 全、低能耗、低成本、低碳排的生物修復(fù)技術(shù)及多 技術(shù)耦合智能系統(tǒng)。近 20 年來，我國場地-地下水 污染風(fēng)險管控與修復(fù)技術(shù)發(fā)展上，發(fā)表的英文（SCI） 論文數(shù)量快速增加，已經(jīng)超越美國；雖然在多種新 技術(shù)發(fā)明的時間上落后于美國平均約十年，但我國 發(fā)明專利占國際的比例接近三分之二① 。然而，我國 的相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)化率較低，總體上仍處于跟蹤階段。在重金屬污染修復(fù)方面，國內(nèi)外的共同熱點在植物 修復(fù)、固化/穩(wěn)定化藥劑及設(shè)備、淋洗設(shè)備，電動修 復(fù)的電極材料研發(fā)和微生物修復(fù)的菌劑研發(fā)等。有機(jī) 污染修復(fù)方面，發(fā)表的論文數(shù)量明顯少于重金屬；我 國的不少工作集中于有機(jī)污染物的熱脫附設(shè)備以及 微生物修復(fù)藥劑的研發(fā)。熱脫附及相關(guān)技術(shù)在國際上 已步入產(chǎn)業(yè)化階段，在國內(nèi)異位和原位熱脫附技術(shù)廣 泛應(yīng)用于難降解性或持久性有機(jī)物污染場地土壤的 修復(fù)。近年來，國內(nèi)外生物修復(fù)技術(shù)研究與發(fā)展迅速。近 10 年我國的相關(guān)技術(shù)研發(fā)明顯增強(qiáng)[20]。微生物轉(zhuǎn) 化技術(shù)、生物質(zhì)炭復(fù)合納米技術(shù)、強(qiáng)化氧化/還原技 術(shù)、多相抽提技術(shù)、深度垂向阻隔技術(shù)、可滲透反 應(yīng)屏障技術(shù)等在國內(nèi)得到發(fā)展，并應(yīng)用于場地土壤 與地下水管控與修復(fù)。現(xiàn)正努力創(chuàng)新研發(fā)綠色高效 環(huán)境功能材料，研制智能化、模塊化裝備，提升綠 色和可持續(xù)的土壤污染管控與修復(fù)技術(shù)、產(chǎn)品與裝 備水平，致力于土壤污染綜合防治與安全利用技術(shù) 體系及模式的形成，提升土壤環(huán)境管理與風(fēng)險監(jiān)管 能力及土壤污染協(xié)同治理水平。

2.3、土壤污染與修復(fù)科技研究與發(fā)展趨勢 

縱覽國內(nèi)外土壤污染與修復(fù)科技研究與發(fā)展， 其總體趨勢表現(xiàn)為：

（1）在過程與效應(yīng)上，從傳統(tǒng) 污染物、單一污染過程與生態(tài)效應(yīng)關(guān)注到新興污染 物及其復(fù)合污染過程與健康效應(yīng)，從單一的物理、 化學(xué)或生物學(xué)過程及機(jī)制發(fā)展到多介質(zhì)、多界面、 多過程耦合機(jī)制。

（2）在分析與監(jiān)測上，從單一的 污染物含量分析到多種監(jiān)測并存分析，從微觀的點 源分析到宏觀的多源、多尺度的土壤立體智慧監(jiān)測。

（3）在風(fēng)險與管理上，從健康風(fēng)險到生態(tài)風(fēng)險，從污染源阻隔到過程管控，融合遙感、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù) 據(jù)的智能風(fēng)險管理。

（4）在修復(fù)技術(shù)與利用上，單 一修復(fù)技術(shù)到多技術(shù)耦合系統(tǒng)，從源頭控制、過程 阻斷、凈化修復(fù)、安全利用到生態(tài)開發(fā)的集成治理 再發(fā)展模式。

（5）在修復(fù)材料與裝備上，從單功能 單目標(biāo)到多功能多目標(biāo)的靶向修復(fù)材料方向發(fā)展， 從服務(wù)于離場異位修復(fù)的固定式裝備向支持現(xiàn)場原 位修復(fù)的移動式、模塊化裝備方向發(fā)展。

（6）在工 程應(yīng)用方面，從單項修復(fù)走向場地土壤污染協(xié)同智 慧修復(fù)方向發(fā)展。就近五年來的污染修復(fù)技術(shù)熱點 及趨勢分析而言，國際上更多地關(guān)注生物修復(fù)、植 物修復(fù)、固化/穩(wěn)定化等原位技術(shù)研究。例如，關(guān)注 于生物群落結(jié)構(gòu)對污染物去除的作用[21]、植物生長 狀態(tài)對重金屬的富集[22]、長效性的固化/穩(wěn)定化材料 （如生物質(zhì)炭）等[23]。總體而言，我國的研究熱點與 國際的相一致。

近年來，國家高度重視土壤污染防治科技的投 入，科學(xué)技術(shù)部、國家自然科學(xué)基金委、生態(tài)環(huán)境 部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、中國科學(xué)院等部委相繼啟動了一 批土壤污染過程、管控與修復(fù)重大項目，大大促進(jìn) 了土壤污染防治科技的發(fā)展。但是，在我國土壤污 染與治理修復(fù)科技研發(fā)中尚存在如下重要問題：

（1）土壤環(huán)境基準(zhǔn)是土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制定的 基礎(chǔ)，可科學(xué)地反映土壤污染物的環(huán)境行為對相關(guān) 受體的效應(yīng)及其風(fēng)險。我國土壤環(huán)境背景值和環(huán)境 基準(zhǔn)嚴(yán)重不足，難以滿足科學(xué)制定土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn)的需要；現(xiàn)有土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本上與全國土 壤類型和土壤利用方式脫鉤，難以支持國家及區(qū)域 土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化和差異化管理。

（2）風(fēng)險評估與風(fēng)險管理存在明顯局限性。在 場地土壤和地下水健康風(fēng)險評估模型計算上缺乏我 國土壤中污染物的毒性和毒理參數(shù)，更是嚴(yán)重缺乏 本土化參數(shù)，從而造成過于保守或過于寬松的風(fēng)險 控制值或修復(fù)目標(biāo)值，難以有力、有效地支持科學(xué) 的風(fēng)險管控。迄今，我國尚缺乏大量研究支持下的、 能有效保護(hù)土壤生物安全和生態(tài)系統(tǒng)健康的生態(tài)風(fēng) 險評估方法，亦缺乏能有效保護(hù)地下水安全的環(huán)境遷移風(fēng)險評估方法。

（3）基于風(fēng)險管控的穩(wěn)定化技術(shù)推廣應(yīng)用難以 降低土壤污染物超標(biāo)率，難以體現(xiàn)土壤環(huán)境質(zhì)量的 改善。特別是對農(nóng)用地土壤，在缺乏長效穩(wěn)定調(diào)理 管控材料下，需要反復(fù)施用土壤穩(wěn)定劑，將嚴(yán)重影 響良田的土壤肥力質(zhì)量和健康質(zhì)量。 

上述問題關(guān)系到國家《土壤污染防治行動計 劃》[24]中提出的目標(biāo)的實現(xiàn)。例如，到 2030 年， 全國土壤環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)中向好，農(nóng)用地和建設(shè)用地土 壤環(huán)境安全得到有效保障，土壤環(huán)境風(fēng)險得到全面 管控；主要指標(biāo)是到 2030 年，受污染耕地安全利用 率達(dá)到 95%以上，污染地塊安全利用率達(dá)到 95%以 上。

土壤環(huán)境安全是支撐美麗中國和健康中國建設(shè) 的重要基礎(chǔ)。防治土壤污染，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、 人居環(huán)境安全和生態(tài)環(huán)境安全，是我國鄉(xiāng)村振興和 生態(tài)文明建設(shè)的重大戰(zhàn)略需求。我國土壤污染防治 策略應(yīng)針對我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中面臨的重點區(qū)域、 重點行業(yè)、重點污染物的土壤污染問題，以“保護(hù)優(yōu) 先、綜合防控、改善質(zhì)量、安全利用”為土壤污染防 治出發(fā)點，構(gòu)建基于“基準(zhǔn)化監(jiān)管”和“凈土化修復(fù)” 的土壤污染防治理論和技術(shù)創(chuàng)新、工程應(yīng)用與管理 支撐以及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的全鏈條式科技創(chuàng)新體系，建 立多學(xué)科融合、多部門協(xié)同、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合和國際合 作的自主創(chuàng)新機(jī)制，培育具有市場開拓力和國際競 爭力的土壤修復(fù)企業(yè)，全面提升土壤污染防治科技 水平，支撐和引領(lǐng)土壤污染攻堅戰(zhàn)，搶占土壤污染 防治領(lǐng)域的國際戰(zhàn)略制高點，形成我國土壤污染治 理體系，以安全健康的土壤支撐美麗中國和生態(tài)文 明建設(shè)。《中華人民共和國土壤污染防治法》[25]明確 指出，國家支持對土壤環(huán)境背景值和環(huán)境基準(zhǔn)研究， 而且修復(fù)活動應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采取不影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、不降 低土壤生產(chǎn)功能的生物修復(fù)措施。建議未來重點研 究方向如下：

（1）土壤污染過程、效應(yīng)與生態(tài)健康風(fēng)險。包 括土壤環(huán)境污染物的多尺度效應(yīng)及其轉(zhuǎn)化的新方法 和新技術(shù)；土壤圈污染物多介質(zhì)、多界面、多過程耦合動力學(xué)機(jī)制與氣候變化影響預(yù)測；區(qū)域土壤復(fù) 合污染物的生物地球化學(xué)過程與環(huán)境質(zhì)量演變；重 大工程活動和自然及人為災(zāi)害的土壤環(huán)境影響；土 壤中污染物與生物相互作用、致毒機(jī)理與調(diào)控機(jī)制；土壤污染的食物安全、生物安全與健康風(fēng)險；原位 強(qiáng)化生物修復(fù)技術(shù)原理等科學(xué)問題。

（2）土壤污染監(jiān)測技術(shù)、風(fēng)險評估方法和環(huán)境 基準(zhǔn)。包括土壤新型污染物與環(huán)境暴露分析方法；基于人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域土壤污染快速識別與 環(huán)境信息傳輸處理方法；土壤污染高精度調(diào)查和智 慧監(jiān)測系統(tǒng)；土壤污染生態(tài)風(fēng)險、健康風(fēng)險和遷移 風(fēng)險評估方法及其在土壤環(huán)境基準(zhǔn)中的應(yīng)用；區(qū)域 土壤環(huán)境背景值、風(fēng)險評估本土化參數(shù)與土壤環(huán)境 安全利用指標(biāo)；基于土壤類型及利用方式下農(nóng)用地 土壤-作物系統(tǒng)污染過程-效應(yīng)-風(fēng)險-安全評估方法；區(qū)域土壤污染物生物有效性與環(huán)境基準(zhǔn)/標(biāo)準(zhǔn)制定 等科學(xué)問題。

（3）土壤污染修復(fù)功能材料、綠色技術(shù)和智能 裝備。包括土壤污染的長效穩(wěn)定/轉(zhuǎn)化/去除和生物降 解功能材料；土壤復(fù)合污染阻控和修復(fù)靶向技術(shù)；土壤污染植物、微生物組[26]及其原位協(xié)同自凈修復(fù) 技術(shù)；土壤和地下水污染現(xiàn)場原位修復(fù)的規(guī)?；?能裝備；修復(fù)后土壤安全利用、評估與空間生態(tài)開 發(fā)技術(shù)；農(nóng)用地、建設(shè)用地、礦區(qū)油田和軍事場地 等污染土壤的靶向仿生、協(xié)同精準(zhǔn)和智慧修復(fù)等綠 色可持續(xù)凈土科技問題。

（4）土壤環(huán)境信息管理系統(tǒng)與智能服務(wù)平臺。 在長江經(jīng)濟(jì)帶、黃河流域、京津冀、長三角、粵港 澳大灣區(qū)等重點區(qū)域，建立區(qū)域土壤污染與環(huán)境質(zhì) 量演變長期定位研究基地和多區(qū)域多要素觀測網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)；建立基于多源數(shù)據(jù)融合的國家土壤環(huán)境信息 管理系統(tǒng)與智能服務(wù)平臺等區(qū)域土壤環(huán)境精準(zhǔn)管理 與安全保障等科技問題。