重金属污染土壤微生物修复技术新进展

宋亚儒¹，杨金强¹，李媛媛^1*，魏明俐^2,3

(1. 青岛理工大学土木工程学院，山东 青岛 266520;2. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉430071;3. 江苏中宜生态土研究院有限公司，江苏 宜兴 214200)

编辑推荐语：

土壤重金属污染治理是生态保护的关键课题，微生物修复技术凭借高效性、环境友好性以及经济可行性等优势，成为当下土壤重金属污染治理的研究热点。该文章立足于领域内的前沿技术，全面梳理了微生物修复技术的作用机理与研究进展，并对其未来研究方向提出了前瞻性见解。该文章可为微生物修复技术研发和重金属污染土壤治理工程实践提供重要理论支撑与技术参考。

论文精要：

1. 研究背景

我国针对污染土壤的系统化修复工作已历时20余年，但土壤重金属污染问题依然严峻，呈现出污染面积广、污染程度深的特点，尤其在耕地与采矿区等关键区域，环境状况不容乐观。数据表明，我国中部地区因矿产资源密集，土壤受污染比例高达36.21%，全国范围内20%的耕地遭受不同程度的重金属污染，年经济损失高达200亿元。此外，传统修复技术难以保证重金属污染物的长期稳定性，且我国土壤污染整体呈现南高北低、东高西低的分布格局，与区域工业发展程度密切相关。国际上，欧美等地区的发达国家与印度、孟加拉国等发展中国家同样面临严峻挑战，土壤重金属污染程度与工业化水平呈显著正相关。当前，以物理化学修复为主导的技术路线存在明显局限：固化/稳定化技术难以将重度污染区域的重金属浓度降至安全标准，其对于大面积低浓度污染情况的修复经济效益低下;土壤洗涤等技术易产生二次污染，物理修复则能耗巨大，与我国绿色低碳转型目标相悖。因此，研发兼具高效、经济、环保特性的新型修复技术迫在眉睫。微生物修复技术凭借其对土壤结构扰动小、无二次残留、环境友好等独特优势，在重金属污染土壤治理领域展现出巨大的应用前景。

2. 关键技术/方法

笔者重点综述了近年来重金属污染土壤修复领域的5种热点微生物修复技术，包括：

1)微生物联合植物修复：该技术通过微生物与植物的互利共生关系，增强植物对重金属的耐受性与富集效率;

2)微生物燃料电池(MFC)：利用微生物催化有机物产电并同步还原重金属离子，实现“边修复边产电”;

3)微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)：通过微生物代谢活动诱导碳酸盐矿物生成，将重金属固定于稳定的晶格中;

4)微生物胞外聚合物(EPS)修复：借助微生物分泌的聚合物对重金属进行高效吸附与络合;

5)以生物炭等为载体的微生物修复：利用载体材料为微生物提供庇护所并协同吸附重金属，显著提升修复效能。

为量化评估各类微生物修复技术的实际效能，选取近年来的代表性研究案例，汇总如下：

3. 挑战及未来发展方向

尽管微生物修复技术展现出对多种重金属污染土壤的治理潜力，具有成本低、操作简便、环境友好等优点，但在实际应用中仍存在一些缺陷和挑战：

1)在对重金属复合污染土壤进行修复时，存在多种重金属之间竞争的现象，竞争能力强的重金属会导致其他重金属的修复效果降低。

2)在修复过程中大多数微生物修复技术都会受到重金属污染程度的影响，当土壤中的重金属浓度过高时，会因为重金属毒性过大而杀死微生物，进而导致修复效果降低。

3)微生物修复效果受土壤pH值、温度、电导率等多种因素的影响，环境条件的不稳定可能导致修复效率的波动。

4)找到对特定污染物具有高效降解能力的微生物菌株是一项挑战，且这些菌株在自然环境中的生存和繁殖能力，以及与本地微生物之间的竞争能力也需要提高。

5)实验室条件下有效的微生物修复技术在大规模应用时可能会遇到技术和经济上的障碍。

目前，重金属污染土壤修复领域正逐渐转向多种技术联合修复的策略，微生物修复技术可以根据污染土壤的状况和环境要求与其他物理、化学和生物等方案相结合，形成优势互补的综合修复体系。除了上文介绍的微生物联合植物修复技术、以生物炭等材料作为微生物载体的微生物修复技术，也有研究者利用纳米技术辅助微生物生产纳米材料，以更高的修复效率和更久的持续时间来处理污染物质;而且一些能够与微生物产生协同效应的化学还原材料，比如铁和亚铁，也可以作为微生物联合修复的方案进行尝试。展望微生物修复技术的未来，随着基因工程、合成生物学等新兴技术的引入，微生物修复技术有望实现更高效、更精准的污染控制，当前已经有许多学者通过基因工程来优化微生物的修复方式，以达到提高微生物对重金属的耐受性和大规模培养等目的，甚至在不久的将来可以通过基因编程技术大规模地研发出更精确高效的菌株。

4. 结语

综上所述，笔者介绍了微生物修复重金属污染土壤的修复机理和优势，以及目前处于热点的微生物修复技术，对这些技术的综述能够为未来新型微生物修复技术研究的发展的研发提供新的思路。笔者综述的微生物修复技术展现出来的修复效果证明了其在重金属污染土壤修复领域的巨大潜力。然而，目前仍然存在着一些问题和挑战，如重金属之间的竞争关系、重金属浓度过高、环境因素影响、高效微生物菌株筛选困难、实验室条件下的微生物修复技术在大规模应用时可能遇到技术和经济上的障碍。微生物修复技术为我国重金属污染土壤的治理开辟了重要路径，但未来仍需持续深化研究，结合各领域的先进技术，不断优化技术体系，提高修复效率与稳定性，并探索经济可行的规模化应用模式。

全文阅读：

链接：file.bmrb.com.cn/file/upload/2026/01/16/1768526400482.pdf

引文格式：

宋亚儒，杨金强，李媛媛，等. 重金属污染土壤微生物修复技术新进展[J]. 市政技术，2025，43(2)：145-153，197.(SONG Y R，YANG J Q，LI Y Y，et al. Advancements of microbial remediation techniques for heavy metal polluted soils[J]. Journal of municipal technology，2025，43(2)：145-153，197.)

发表期次：

2025年第2期，P145-153, 197