根據(jù)環(huán)保部和國土資源部2014年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，我國土壤總的點位超標率為16.1%，其中鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種重金屬污染物點位超標率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。廢氣沉降、農(nóng)業(yè)活動、工礦生產(chǎn)、固體垃圾排放以及自然背景值高是造成土壤重金屬污染的主要原因。

近年來，對土壤重金屬污染修復技術的研究已經(jīng)逐漸轉向投資少、效率高的生物修復手段，尤其是植物修復，已成為該領域的研究重點。另外多種技術的組合修復、土壤重金屬污染評價以及土壤重金屬污染的監(jiān)測預警方法等方面的研究仍是目前研究的重點和前沿。

本文針對土壤重金屬污染修復領域的基礎研究和相關專利進行檢索與分析，并結合相關報道對土壤重金屬修復產(chǎn)業(yè)進行分析，揭示該領域當前的研究熱點和技術特點。報告中的科技論文數(shù)據(jù)來源于美國湯森路透科技公司(Thomson Reuters Scientific)引文檢索平臺Web of ScienceTM核心合集數(shù)據(jù)庫，并利用關鍵詞設計檢索策略，共計檢出相關論文8600篇(文獻類型為Article);國際專利數(shù)據(jù)來源于數(shù)據(jù)檢索與分析平臺DII(Derwent innovat ionsindex)數(shù)據(jù)庫，通過關鍵詞和國際專利分類號進行組合檢索，共計得到相關專利3472篇。上述檢索時間均為2015年7月1日，所采用的主要分析工具為TDA(Thomson Data Analyzer)、TI(Thomson Innovation)和MSExcel。

土壤重金屬污染修復發(fā)展態(tài)勢

土壤重金屬污染修復的專利申請最早出現(xiàn)于1974年，日本朝日化學公司發(fā)明了一種能夠修復汞污染土壤的材料。隨后該領域的專利技術發(fā)展較為緩慢，到80年代末才開始出現(xiàn)密集申請，一直到2003年始終呈緩慢增長的態(tài)勢，隨后該領域專利申請量略有回落，但一直處于平穩(wěn)增長的階段。

相比專利申請，土壤重金屬污染修復的基礎研究要相對領先，從上世紀八十年代末開始有關于土壤重金屬污染修復相關研究論文的發(fā)表，雖然晚于相關專利的申請，但是一直保持快速增長的勢頭，并在2013年達到峰值(847篇)。

全球共有117個國家和地區(qū)發(fā)表了土壤重金屬污染修復相關研究的論文，其中發(fā)文量最多的前12個國家/地區(qū)分別是美國、中國、西班牙、英國、意大利、法國、德國、加拿大、印度、韓國、澳大利亞和日本，其中位列前三位的美國、中國和西班牙的發(fā)文量分布占全球總量的18%、18%和8%(圖2)。

從專利技術的國家/地區(qū)來源看，日本雖然在基礎研究方面表現(xiàn)平平，但是專利技術的申請量最多，約占全部專利的35.2%，其次是中國和美國，分別占總專利量的30.0%和11.3%?？梢钥吹剑饕男迯图夹g掌握在這三個國家。從專利技術市場分布來看，土壤重金屬污染修復相關專利技術保護主要布局在日本、中國、美國、WO、歐專局、韓國、澳大利亞、德國、加拿大和俄羅斯等國家/地區(qū)(圖3)。

關鍵技術布局

論文關鍵詞能夠鮮明而直觀地顯示學術文獻論述或表達的主題。通過對土壤重金屬污染修復論文中關鍵詞的清洗、聚類和篩選，得到出現(xiàn)頻次最高的前80個關鍵詞(見表1)，可以看到該領域的研究熱點主要分布在以下幾個方面：

(1)植物修復，包括植物提取、植物固定、根際修復等，并且研究中采用較多的修復植物有向日葵、楊樹、柳、印度芥菜、蜈蚣草、遏藍菜、景天屬、紫花苜蓿等;

(2)微生物修復，包括微生物吸附、生物降解、微生物群落、酶活性以及叢枝菌根真菌對植物修復的作用等方面的研究;

(3)物理/化學修復，包括土壤淋洗、電動修復、固化/穩(wěn)定化等修復技術的研究;

(4)化學與工程技術對植物修復的強化，包括添加螯合劑、有機螯合劑(玉米)、表面活性劑、EDTA、檸檬酸等來提高土壤重金屬的生物有效性，使其更易于被植物吸收等;

(5)重金屬污染評價及修復效果評價，包括風險評估、生物有效性評價、生物利用度、生物濃縮系數(shù)以及指示生物(玉米、向日葵、蚯蚓等土壤動物)等;

(6)修復機理研究，包括重金屬遷移規(guī)律、生物對重金屬的氧化應激反應研究等;

(7)其他方面研究，包括地下水污染、生物炭應用、建模、農(nóng)藝措施、聯(lián)合修復等方面。

利用TI平臺的Thememap功能繪制土壤重金屬污染修復的重點技術分布圖(圖4)。土壤重金屬污染修復的專利技術熱點主要集中在以下幾個方面：植物修復(植物吸附、基因工程)、電動修復、化學修復(表面活性劑、土壤淋洗、固定修復、有機降解、化學萃取)、微生物修復、微生物培養(yǎng)、修復設備及污染檢測設備、熱處理等方面。

從專利申請位居前三名的國家(日中美)技術布局可以看出，三個國家的技術布局各有側重點，圖中紅色點區(qū)域為中國(CN)專利主要技術領域分布，主要集中在植物修復以及微生物修復方面，其次是有機肥料和土壤改良劑方面，在修復設備方面，我國分析與監(jiān)測設備相對落后，種類非常有限，多數(shù)依賴進口;黃色點區(qū)域為日本(JP)專利申請，日本專利技術覆蓋面較廣，主要包括土壤淋洗/清洗、電動修復、土壤固化等物理和化學修復技術，以及污染修復設備及監(jiān)測設備等方面;美國(US)專利申請分布在綠色點區(qū)域，技術側重點主要集中在化學修復和熱解修復等方面。

重點機構布局

從表2可以看到，論文發(fā)表量較多的機構分別是中國科學院、西班牙高等科學研究會、佛羅里達大學等。其中中國在前十位占據(jù)4個席位，分別為中國科學院、浙江大學、中山大學和南京農(nóng)業(yè)大學，并且排名較為靠前;其次是美國的機構，共3家，分別是佛羅里達大學、美國農(nóng)業(yè)部和美國環(huán)境保護局，其余均為歐洲國家的機構。

而在專利申請方面，申請量排名前十位的專利權人，除了中國的兩家機構外(沈陽應用生態(tài)研究所和四川農(nóng)業(yè)大學)，其余全部是來自于日本的企業(yè)。但是可以看到，日本企業(yè)的申請多集中在90年代末和21世紀初，近三年的申請占比較低，而我國的四川農(nóng)業(yè)大學近三年專利產(chǎn)出比達64%，是近年來專利申請的活躍者。