來源：固廢觀察
【導(dǎo)讀】近年來，對(duì)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研究已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)向投資少、效率高的生物修復(fù)手段，尤其是植物修復(fù)，已成為該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。另外多種技術(shù)的組合修復(fù)、土壤重金屬污染評(píng)價(jià)以及土壤重金屬污染的監(jiān)測(cè)預(yù)警方法等方面的研究仍是目前研究的重點(diǎn)和前沿。
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(diào)查公報(bào)》顯示，我國土壤總的點(diǎn)位超標(biāo)率為16.1%，其中鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種重金屬污染物點(diǎn)位超標(biāo)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(dòng)、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(duì)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研究已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)向投資少、效率高的生物修復(fù)手段，尤其是植物修復(fù)，已成為該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。另外多種技術(shù)的組合修復(fù)、土壤重金屬污染評(píng)價(jià)以及土壤重金屬污染的監(jiān)測(cè)預(yù)警方法等方面的研究仍是目前研究的重點(diǎn)和前沿。
本文針對(duì)土壤重金屬污染修復(fù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和相關(guān)專利進(jìn)行檢索與分析，并結(jié)合相關(guān)報(bào)道對(duì)土壤重金屬修復(fù)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行分析，揭示該領(lǐng)域當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和技術(shù)特點(diǎn)。
報(bào)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(tái)Web of ScienceTM核心合集數(shù)據(jù)庫，并利用關(guān)鍵詞設(shè)計(jì)檢索策略，共計(jì)檢出相關(guān)論文8600篇(文獻(xiàn)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(tái)DII(Derwent innovat ionsindex)數(shù)據(jù)庫，通過關(guān)鍵詞和國際專利分類號(hào)進(jìn)行組合檢索，共計(jì)得到相關(guān)專利3472篇。
上述檢索時(shí)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(fù)發(fā)展態(tài)勢(shì)
土壤重金屬污染修復(fù)的專利申請(qǐng)最早出現(xiàn)于1974年，日本朝日化學(xué)公司發(fā)明了一種能夠修復(fù)汞污染土壤的材料。隨后該領(lǐng)域的專利技術(shù)發(fā)展較為緩慢，到80年代末才開始出現(xiàn)密集申請(qǐng)，一直到2003年始終呈緩慢增長的態(tài)勢(shì)，隨后該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量略有回落，但一直處于平穩(wěn)增長的階段。
相比專利申請(qǐng)，土壤重金屬污染修復(fù)的基礎(chǔ)研究要相對(duì)領(lǐng)先，從上世紀(jì)八十年代末開始有關(guān)于土壤重金屬污染修復(fù)相關(guān)研究論文的發(fā)表，雖然晚于相關(guān)專利的申請(qǐng)，但是一直保持快速增長的勢(shì)頭，并在2013年達(dá)到峰值(847篇)。
全球共有117個(gè)國家和地區(qū)發(fā)表了土壤重金屬污染修復(fù)相關(guān)研究的論文，其中發(fā)文量最多的前12個(gè)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(shù)的國家/地區(qū)來源看，日本雖然在基礎(chǔ)研究方面表現(xiàn)平平，但是專利技術(shù)的申請(qǐng)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%。可以看到，主要的修復(fù)技術(shù)掌握在這三個(gè)國家。
從專利技術(shù)市場(chǎng)分布來看，土壤重金屬污染修復(fù)相關(guān)專利技術(shù)保護(hù)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(guān)鍵技術(shù)布局
論文關(guān)鍵詞能夠鮮明而直觀地顯示學(xué)術(shù)文獻(xiàn)論述或表達(dá)的主題。通過對(duì)土壤重金屬污染修復(fù)論文中關(guān)鍵詞的清洗、聚類和篩選，得到出現(xiàn)頻次最高的前80個(gè)關(guān)鍵詞(見表1)，可以看到該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主要分布在以下幾個(gè)方面：
(1)植物修復(fù)：包括植物提取、植物固定、根際修復(fù)等，并且研究中采用較多的修復(fù)植物有向日葵、楊樹、柳、印度芥菜、蜈蚣草、遏藍(lán)菜、景天屬、紫花苜蓿等;
(2)微生物修復(fù)：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(duì)植物修復(fù)的作用等方面的研究;
(3)物理/化學(xué)修復(fù)：包括土壤淋洗、電動(dòng)修復(fù)、固化/穩(wěn)定化等修復(fù)技術(shù)的研究;
(4)化學(xué)與工程技術(shù)對(duì)植物修復(fù)的強(qiáng)化：包括添加螯合劑、有機(jī)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(píng)價(jià)及修復(fù)效果評(píng)價(jià)：包括風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、生物有效性評(píng)價(jià)、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(dòng)物)等;
(6)修復(fù)機(jī)理研究：包括重金屬遷移規(guī)律、生物對(duì)重金屬的氧化應(yīng)激反應(yīng)研究等;
(7)其他方面研究：包括地下水污染、生物炭應(yīng)用、建模、農(nóng)藝措施、聯(lián)合修復(fù)等方面。
利用TI平臺(tái)的Thememap功能繪制土壤重金屬污染修復(fù)的重點(diǎn)技術(shù)分布圖(圖4)。土壤重金屬污染修復(fù)的專利技術(shù)熱點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面：植物修復(fù)(植物吸附、基因工程)、電動(dòng)修復(fù)、化學(xué)修復(fù)(表面活性劑、土壤淋洗、固定修復(fù)、有機(jī)降解、化學(xué)萃取)、微生物修復(fù)、微生物培養(yǎng)、修復(fù)設(shè)備及污染檢測(cè)設(shè)備、熱處理等方面。
專利申請(qǐng)側(cè)重
從專利申請(qǐng)位居前三名的國家(日、中、美)技術(shù)布局可以看出，三個(gè)國家的技術(shù)布局各有側(cè)重點(diǎn)：
圖中紅色點(diǎn)區(qū)域?yàn)橹袊?CN)專利主要技術(shù)領(lǐng)域分布，主要集中在植物修復(fù)以及微生物修復(fù)方面，其次是有機(jī)肥料和土壤改良劑方面，在修復(fù)設(shè)備方面，我國分析與監(jiān)測(cè)設(shè)備相對(duì)落后，種類非常有限，多數(shù)依賴進(jìn)口;
黃色點(diǎn)區(qū)域?yàn)槿毡?JP)專利申請(qǐng)，日本專利技術(shù)覆蓋面較廣，主要包括土壤淋洗/清洗、電動(dòng)修復(fù)、土壤固化等物理和化學(xué)修復(fù)技術(shù)，以及污染修復(fù)設(shè)備及監(jiān)測(cè)設(shè)備等方面;
美國(US)專利申請(qǐng)分布在綠色點(diǎn)區(qū)域，技術(shù)側(cè)重點(diǎn)主要集中在化學(xué)修復(fù)和熱解修復(fù)等方面。
重點(diǎn)機(jī)構(gòu)布局
從表2可以看到，論文發(fā)表量較多的機(jī)構(gòu)分別是中國科學(xué)院、西班牙高等科學(xué)研究會(huì)、佛羅里達(dá)大學(xué)等。其中中國在前十位占據(jù)4個(gè)席位，分別為中國科學(xué)院、浙江大學(xué)、中山大學(xué)和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，并且排名較為靠前;其次是美國的機(jī)構(gòu)，共3家，分別是佛羅里達(dá)大學(xué)、美國農(nóng)業(yè)部和美國環(huán)境保護(hù)局，其余均為歐洲國家的機(jī)構(gòu)。
而在專利申請(qǐng)方面，申請(qǐng)量排名前十位的專利權(quán)人，除了中國的兩家機(jī)構(gòu)外(沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所和四川農(nóng)業(yè)大學(xué))，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(qǐng)多集中在90年代末和21世紀(jì)初，近三年的申請(qǐng)占比較低，而我國的四川農(nóng)業(yè)大學(xué)近三年專利產(chǎn)出比達(dá)64%，是近年來專利申請(qǐng)的活躍者。
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