综述：可持续土壤修复的混合方法：优势与战略启示

《Bioresource Technology Reports》：Hybrid approaches for sustainable soil remediation: Strengths and strategic insights

　　

阿迪蒂·罗伊|普里亚·杜贝|布尔汉·卡利德

捷克科学院生物学中心土壤生物学与生物地球化学研究所，捷克共和国

摘要

有机和无机污染物对土壤的污染是全球性的紧迫环境问题，它威胁着生态系统的完整性、农业生产力以及人类健康。传统的修复方法虽然有效，但往往存在成本高、能耗大、可能造成二次污染，且难以应用于同时受多种污染物污染的土壤。混合修复方法则结合了微生物、植物及物理化学技术，通过整合多种策略的优势来提升污染物去除效率、加速其降解速度，并可持续地恢复土壤健康，因此具有很大的应用潜力。本综述对混合土壤修复技术进行了深入评估，重点介绍了微生物、非微生物以及植物辅助技术，还有诸如微生物辅助植物修复、电驱生物修复以及生物炭-微生物系统等协同应用方式。此外，还探讨了包括环境影响、能源消耗、经济可行性以及大规模应用挑战在内的可持续性因素，以便对这些修复方法进行客观评价。通过SWOT分析进一步明确了各种单独或综合修复策略的优势、劣势、机遇与威胁。综上所述，本综述通过总结相关机制、战略考量及实际应用意义，为开发高效、可扩展且环保的混合修复策略提供了指导，有助于研究人员、政策制定者以及从业者在土壤修复工作中做出更明智的选择。

引言

有害有机和无机物质对土壤的污染已成为全球性的重大环境问题（Ali等人，2022）。这类污染主要源于人类活动，如工业排放、农业径流以及不当的废物处理，这些活动导致重金属和有机污染物在土壤中不断积累（Nie等人，2024）。土壤质量的下降不仅威胁到生态系统的完整性及农业生产力，还会影响多项联合国可持续发展目标，包括健康目标3、负责任消费和生产目标12以及陆地生物目标15。令人担忧的是，全球约有1000万处土壤同时受到有机和无机污染物的侵害（Nie等人，2024）。相比单一污染物，重金属与有机污染物的共同存在会进一步增加对生态系统和人类健康的危害（Cui等人，2023）。由于这些污染物能与黏土矿物和有机物形成较强的结合力，因而会在土壤中长期留存（Ali等人，2022）。它们的积累会扰乱养分循环，降低生物多样性，还会损害土壤的重要功能，比如水分过滤作用（Liu等人，2024）。此外，污染物还可通过植物吸收进入食物链，从而引发严重的健康问题，包括发育障碍和癌症（Song等人，2022）。另外，受污染土壤释放的挥发性有机化合物还会加剧大气污染。不同污染物之间的相互作用还可能导致重金属与有机污染物形成复合物，进而提高对土壤微生物的毒性，降低生物修复技术的效果（Zhang等人，2022）。阳离子-π键以及其他分子间作用还可能改变污染物在土壤中的行为，使得同步修复工作更加复杂（Omo-Okoro等人，2025）。因此，开发高效、可持续的综合修复策略已成为亟需解决的环境问题。

这些分子间的相互作用会对同时受多种污染物污染的土壤修复产生直接影响。重金属与疏水性有机污染物会争夺土壤有机物和黏土矿物上的吸附位点，金属阳离子会占据带负电荷的交换位点，而有机污染物则通过非极性相互作用附着在这些位点上。在存在其他金属竞争的情况下，有机污染物的吸附能力可能会下降30%到50%，其具体变化程度取决于土壤的pH值和离子强度（Ali等人，2022）。除了竞争之外，重金属与有机污染物的复合还会对污染物的迁移性产生双向影响。某些重金属-有机污染物复合物会在酸性土壤中阻止金属吸附，从而增加其迁移性；而金属与腐殖酸的结合则会通过稳定的有机金属键降低金属的可利用性（Cui等人，2023）。这些物理化学效应还会影响到更广泛的生物可利用性，比如覆盖在土壤颗粒表面的碳氢化合物膜会阻挡金属的交换位点，而具有植物毒性的重金属浓度则会减少根系分泌物，而根系分泌物原本可以提升有机污染物的可利用性（Lin等人，2022）。在微生物层面，低浓度的重金属就有可能通过取代重要的金属辅因子，抑制关键的代谢酶，比如环裂双加氧酶。此外，某些有机污染物还能螯合那些参与重金属转化酶作用的辅因子，从而产生拮抗效应，这也解释了为什么在同时受多种污染物污染的土壤中，单独的生物修复方法往往效果不如在单一污染物污染的土壤中那样好。

虽然土壤挖掘、填埋处理、土壤清洗以及化学氧化等传统修复方法具有一定效果，但它们往往成本高昂、能耗大，还可能造成二次污染（Song等人，2022）。正因如此，人们开始关注生物修复这种更为可持续的方法，该方法利用生物系统来降解或清除污染物。生物修复技术大致可分为微生物技术和非微生物技术两类。微生物生物修复利用具有特殊代谢途径的细菌、真菌或古菌，以污染物作为碳源或能量来源，从而实现污染物的降解或固定（Rahman等人，2020）。这种方法具有适应性强、环保且成本低等优点，尤其适用于处理持久性有机污染物，不过在极端土壤条件或高污染负荷下，其效果可能会受到影响。非微生物生物修复则以植物修复为代表，通过植物来提取、稳定、降解或使污染物挥发（Grammenou等人，2023）。植物修复依靠植物的吸收、酶促降解以及根际环境的调控来去除污染物，但其效率取决于植物种类、污染物的生物可利用性以及植物产生的生物量（Liu等人，2024）。

由于土壤同时受多种污染物污染的问题日益突出，人们开始研发混合修复策略，比如电驱植物修复以及物理化学与生物技术相结合的方法，这些方法旨在利用多种技术的协同效应来解决问题（Haidari等人，2023）。然而，尽管已经取得了一些进展，但对于用于处理同时受多种污染物污染的土壤的综合修复方法的全面评估仍然不足。本综述正是为了填补这一空白，对用于处理有机和无机污染物污染土壤的微生物和非微生物生物修复技术进行了深入评估。通过运用优势、劣势、机遇、威胁分析框架，本文分析了各种修复方法的相对优势、局限性以及未来发展前景（Gurl，2017）。通过总结过去十年间的最新研究成果，本综述旨在为选择和实施合适的修复策略提供指导，同时也为未来的相关研究方向提供参考，从而助力实现土壤的可持续修复与环境保护。

章节节选

文献计量分析

土壤修复技术近年来受到了广泛关注，尤其是在处理有机和无机污染物方面。不过，要解决同时受多种污染物污染的土壤所面临的复杂问题，仍需进一步的研究。为了了解当前的研究趋势，本研究使用了Web of Science数据库，对2016年至2026年间的相关文献进行了文献计量分析。搜索词包括“土壤污染”、“重金属”或“有机污染物”，以及“物理修复”或“化学修复”等。

传统修复技术与生物修复技术

土壤修复策略涵盖了多种物理、化学和生物方法，这些方法旨在减轻重金属和有机污染物带来的污染（见表1；图2）。物理修复技术主要通过机械、热能或电化学手段将污染物从土壤中去除（Li等人，2024）。土壤挖掘替换法则是将受污染的土壤挖出并妥善处理，或用清洁土壤替代，这样可以有效降低局部区域的污染物浓度，不过

复合修复技术

复合修复技术通常是将两种或两种以上的物理、化学和/或生物技术结合起来，以此克服单一技术的局限性，提升整体修复效率（见表3）。这种协同方法能够借助不同技术的优势，应对复杂的污染情况，比如同时解决污染物的迁移性、毒性以及降解问题。例如电驱生物修复、结合多种技术的生物修复等方法都属于此类。

修复技术的可持续性考量、权衡以及战略评估

由有机污染物如碳氢化合物和农药，以及无机污染物如重金属和盐类引起的土壤污染，是当前全球面临的一个严峻环境问题（Song等人，2022）。因此，有效的修复策略必须能够在污染物去除效率、环境可持续性、经济可行性以及实际应用性之间找到平衡，尤其是在考虑大规模应用时（Liu等人，2024）。物理和化学修复方法

未来研究方向

尽管土壤修复技术已经取得了显著进展，但仍然存在一些限制因素，这些因素制约了这些技术在更广泛范围内的应用及其在实际场景中的效果。目前的局限性包括生物修复方法，比如微生物修复和植物修复，其修复速度本身就较慢，可能需要数月甚至数年才能达到规定的修复标准（Firinc?等人，2025）。此外，土壤的异质性、污染物的存在形式、土壤pH值、含水量等因素也会影响修复效果，这也是另一个重要限制。

结论

有机和无机污染物对土壤的污染依然是影响生态系统、农业以及人类健康的重大环境问题。本综述强调了混合修复策略的巨大潜力，这些策略包括电驱生物修复、纳米生物修复、化学还原-生物修复、生物炭-微生物系统、微生物辅助植物修复以及生物强化与生物刺激相结合的方法，这些方法都可以用于处理同时受多种污染物污染的土壤。通过整合多种物理化学手段

CRediT作者贡献说明

阿迪蒂·罗伊：综述与编辑、原始稿撰写、可视化、软件使用、数据整理、概念构思。 普里亚·杜贝：综述与编辑、原始稿撰写、可视化、数据整理。 布尔汉·卡利德：综述与编辑、原始稿撰写。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。

致谢

阿迪蒂·罗伊衷心感谢捷克科学院生物学中心土壤生物学与生物地球化学研究所，在本手稿的撰写过程中为她们提供了良好的研究环境以及有力的机构支持。普里亚·杜贝则感谢勒克瑙的Integral大学一直以来给予她的学术鼓励与支持。本项研究未获得任何外部资金资助。