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【摘 要】本文综合国内外文献，介绍了目前主流的重金属土壤修复技术，并将重金属污染土壤修复方法种类及其优缺点进行了总结。着重介绍了生态修复的主要内容、分类、及其机制等进行了主要介绍，提出了物-化-生技术的结合运用和动-植-微联合修复的推广建议。
【关键词】生态修复 重金属污染土壤 植物修复 生态系统联合修复
工业化进程使得整个地球遍体鳞伤，巨大的资源消耗、生态平衡的破坏、和工业带来的污染，给人类带来了史无前例的压力。尤其是重金属污染，作为污染形式中最严峻、危害最大的一种，由于其污染的隐蔽性，很多大规模的中毒事件都是在中毒症状非常明显的时候才被重视。从名噪一时的1953年日本水俣病，到近年来国内各地频繁出现的集体铅中毒事件和镉米事件，我们不难看出，重金属污染对人类的危害是何其之大。
重金属污染的预防和治理刻不容缓。2011年2月18日，《重金属污染综合防治“十二五”规划》已被国务院正式批复。《规划》要求：到2015年，重点区域铅、汞、铬、镉和类金属砷等重金属污染物的排放，比2007年削减15%；非重点区域的重点重金属污染排放量不超过2007年的水平。
“防”止了污染的源头，还得“治”理污染的余毒，全国范围内的重金属污染治理已经被列入各省市的计划中。
一、土壤的重金属污染的原因及危害
1.原因
导致土壤重金属污染主要产业分别是冶金、矿业、电镀、电子和化工等工业。这些产业生产过程中产生的含重金属废弃物直接接触土壤，以及污灌、化肥、垃圾和城市污泥等的不合理施用及排放，直接导致了重金属对土壤的污染。
2.危害
2.1导致巨大经济损失
污染土壤中的重金属元素直接影响到农作物的生长和质量，造成农产品的污染和减产，导致严重的经济损失。全国每年因重金属污染而减产粮食 1000 多万吨, 每年被重金属直接污染的粮食达 1200 万吨, 合计经济损失至少 200 亿元[1]。
2.2危害人类健康
重金属进入生物体后会逐渐富集，通过生物链到达人体，此时已经富集到相当高的浓度。当重金属富集含量超过人体的生理负荷时，就会引起器官病变，导致急慢性疾病或产生不可逆转的远期危害[2]。如镉会造成“骨痛病”、 有机汞引发水俣病等。
2.3导致其它的环境问题
由于重金属不能被微生物分解，却能被生物富集和与土壤中的其他化学物质进行一系列的物理、化学作用，使得它在土壤中固定和积累。通过降雨过程中的径流和淋洗，重金属将污染地表水和地下水，恶化水文环境，并可能通过直接接触、食物链等途径危及人类的生命和健康。
二、几种现有的重金属污染修复方法
综合国内外相关文献，对重金属污染土壤的治理，大致可分为物理修复，电、化学修复，生态修复等几大类。
三、生态修复的主要介绍
1.动物修复简介
利用土壤动物吸收积累污染物达到治理重金属目的的方法，即动物修复方法。寇永纲等人通过测定重金属污染土壤中不同铅浓度梯度下蚯蚓在培养期内对铅富集量的研究,结果表明，蚯蚓对铅有较强的富集作用，且随铅浓度的增加，蚯蚓体内的富集量也增加。
蚯蚓在进行正常生理活动的同时，改善了周围土壤的肥力、提供了良好的微生物生长环境，对植物修复和微生物修复也会带来一定的增益。
2.微生物修复
2.1微生物修复简介
土壤中的微生物种类繁多，数量庞大，可以称为土壤中的活性胶体。很多微生物在自然条件下，通过氧化还原作用等，参与自然界中重金属的转化，将重金属转化为无毒或低毒的化合物形式。
2.2微生物对重金属环境化学行为的几种影响机制
2.2.1吸附和富集作用
微生物表面结构对重金属的吸附起着重要的作用，微生物可通过带电荷的细胞表面吸附重金属离子，或通过摄取必要的营养元素主动吸收重金属离子，将重金属离子富集在细胞表面或内部。
2.2.2氧化还原作用
金属价态的改变使得重金属形态的改变，会直接影响到金属的溶解性、移动性以及生理毒性。微生物可通过直接的氧化作用或还原作用，改变重金属的价态，减低重金属在土壤中的毒性。
2.2.3溶解作用
土壤微生物的代谢作用能产生多种低分子量的有机酸，能溶解重金属及含重金属的矿物[ ]：曾有报道，部分真菌可以通过分泌氨基酸、有机酸以及其他代谢产物对其周围的重金属进行溶解。
3.植物修复
3.1植物修复技术简介
植物修复技术，即利用有些植物对某种重金属的忍耐和超量积累的特性，来清除污染土壤中的重金属的一项生态技术。通过研究不同植物对金属离子的吸收特性,筛选出超量积累植物是这项研究的关键。
植物修复技术的成本费用较低，环保无污染，适合全球推广；植物修复技术属于原位修复技术，修复植物成林之后具有保护表土、减少侵蚀和水土流失的功效，可大面积应用于矿山的复垦、重金属污染土壤的改良。
3.2植物修复技术的分类
适应重金属胁迫的植物有三种情况:(1)不吸收或少吸收重金属元素。(2)将吸收的重金属元素钝化在植物的地下部分，使其不能向上部转移。(3)大量吸收重金属元素，但不影响植物的正常生长[5]。运用植物修复重金属污染也是基于这些植物有上述的表现。通过植物对重金属处理的生理机制不同，将植物修复技术分为4类：
3.2.1植物萃取技术
Brooks等人1977年最早提出了超级累植物这一概念。超积累植物是指能够超量吸收和积累重金属的植物。
利用超积累植物对重金属的富集比普通植物高出几十倍的这一特性，如同有机萃取一样，将重金属从土壤中提取出来，富集并搬运到植物的可收割部份，最后集中处理。这种方法可以将重金属从土壤中彻底提取出来。
富集重金属 (Cu、Ni) 的植物收割部分的处理可以焚烧, 残渣用来回收金属。富集了 Pb、Zn等的植物 , 需干燥并放在有保护作用的筒中填埋[6]。
一般超级累植物在恶劣的重金属胁迫下，生物量表现得都不太理想，虽然超级累植物能吸收一定量的重金属，但是较小的生物量也是该技术的一大瓶颈。目前也有将在重金属污染地生物量表现好的，但并非超积累植物的一些富集植物广泛种植，以达到吸收总量的提升。
3.2.2根系沉淀技术
利用超积累植物或耐重金属植物吸收沉淀和富集重金属，使得重金属元素集中在根部，不再往上运输。这项特性将对污染农田的重金属防治有很大的意义，经过作物的筛选，可以找出部分将重金属沉淀在根系部位的作物，可以防止重金属转移至作物果实，从而进入生物链。
3.2.3根际稳定技术
植物通过改变根际环境(Ph、Eh)使重金属的形态发生化学改变，通过在植物的根部积累和沉淀，减少重金属在土壤中的移动性以及重金属被淋滤进入地下水或通过空气进一步扩散污染环境的可能性。但是这种技术只能稳定重金属不对其周边发生毒害，并不能从真正意义上彻底清除土壤中的重金属。
3.2.4植物挥发技术
利用一些植物来促使土中重金属转化为可挥发物质，这一方法仅限于挥发性污染物。如硒、汞、砷、铅都能通过植物挥发作用而被部分去除。例如，烟草能使毒性大的二价汞转化为气态的汞，海藻能吸收As，并以(CH3)2ASO3的形式挥发出体外。但此方法是将污染物从土壤转移到大气，对环境仍有一定影响。
由以上各方法可知，进行植物修复的关键第一是超级累植物的筛选，第二则是植物生物量的提高。目前 ,在世界各地已发现多种对重金属具有强富集能力的超积累植物(见表 4)。
另外，国内的研究也逐渐展开，对于重金属超富集植物的寻找和筛选也得到一定成果：Pb的超富集植物物羽叶鬼针草和酸模、砷的超富集植物蜈蚣草和大叶井口边草，印度芥菜对Cd、Zn的耐受和超积累能力等。
四、展望
1.生态修复与物理化学修复方法相结合的技术效果
以生态修复为主，物理化学修复方式为辅来治理重金属污染的结合，将会是今后治理重金属污染土壤的主要方向。主要原因如下：
1.1物理化学研究方法效果快且彻底，但是成本过高，有些会造成二次污染，单独使用于面积较大的废弃矿山等地不切实际。
1.2生态修复绿色环保，且成本较低，亦有很好的生态效应，但是修复周期长，用于修复的植物生物量普遍不甚理想。
1.3在生态修复的基础上，进行物理客土、种植区铺置吸附材料、局部化学淋洗等方法，可以优化用于生态修复的植物、微生物或者动物的生长环境，提高生态修复效果。
2.推广生态系统联合修复方法
植物的根系是各种微生物生长的重要载体之一，而动物的存在会使得微生物得到很好的生长环境，并且其相互依存相互促进。
目前，植物、动物、微生物修复重金属污染土壤均已经被证实是可行的，并且也将成为主流的发展方向，但是目前仅限于单一修复，或者植物和微生物组合修复。如果将植物、专性降解菌以及动物联合对污染地进行修复，可能会产生1+1+1>3的效果。
参考文献：
[1]顾继光, 周启星, 王新，土壤重金属污染的治理途径及其研究进展，[J] 应用基础与工程科学学报，2003年6月第11卷2期：143-151.
[2]翟雯航 高勇伟 田景环，我国土壤污染概况及危害性[J]河南科技 2008.5上，（7-7）.
[3]丁园，重金属污染土壤的治理方法[J]环境与开发，2000，vol 15第二期（25-28）.
[4]田卫东，重金属污染土壤的生态修复原理[J]资源与环境，2008年第4期（下）（100-101）.
[5]顾继光，周启星，王新，土壤重金属污染的治理途径及其研究进展[J] 应用基础与工程科学学报，2003年6月第11 卷2 期.
[6]于瑞莲，胡恭任，采矿区土壤重金属污染生态修复研究进展[J]中国矿业，2008，2 Vol . 17 ， No. 2
[7]Baker A J M. Terrestrial higher plants which hyperaccumulate metallic elements a review of their distribution, ecology and phytochemistry[J].Biorecovery, 1989 ,1 :812126.
【关键词】生态修复 重金属污染土壤 植物修复 生态系统联合修复
工业化进程使得整个地球遍体鳞伤，巨大的资源消耗、生态平衡的破坏、和工业带来的污染，给人类带来了史无前例的压力。尤其是重金属污染，作为污染形式中最严峻、危害最大的一种，由于其污染的隐蔽性，很多大规模的中毒事件都是在中毒症状非常明显的时候才被重视。从名噪一时的1953年日本水俣病，到近年来国内各地频繁出现的集体铅中毒事件和镉米事件，我们不难看出，重金属污染对人类的危害是何其之大。
重金属污染的预防和治理刻不容缓。2011年2月18日，《重金属污染综合防治“十二五”规划》已被国务院正式批复。《规划》要求：到2015年，重点区域铅、汞、铬、镉和类金属砷等重金属污染物的排放，比2007年削减15%；非重点区域的重点重金属污染排放量不超过2007年的水平。
“防”止了污染的源头，还得“治”理污染的余毒，全国范围内的重金属污染治理已经被列入各省市的计划中。
一、土壤的重金属污染的原因及危害
1.原因
导致土壤重金属污染主要产业分别是冶金、矿业、电镀、电子和化工等工业。这些产业生产过程中产生的含重金属废弃物直接接触土壤，以及污灌、化肥、垃圾和城市污泥等的不合理施用及排放，直接导致了重金属对土壤的污染。
2.危害
2.1导致巨大经济损失
污染土壤中的重金属元素直接影响到农作物的生长和质量，造成农产品的污染和减产，导致严重的经济损失。全国每年因重金属污染而减产粮食 1000 多万吨, 每年被重金属直接污染的粮食达 1200 万吨, 合计经济损失至少 200 亿元[1]。
2.2危害人类健康
重金属进入生物体后会逐渐富集，通过生物链到达人体，此时已经富集到相当高的浓度。当重金属富集含量超过人体的生理负荷时，就会引起器官病变，导致急慢性疾病或产生不可逆转的远期危害[2]。如镉会造成“骨痛病”、 有机汞引发水俣病等。
2.3导致其它的环境问题
由于重金属不能被微生物分解，却能被生物富集和与土壤中的其他化学物质进行一系列的物理、化学作用，使得它在土壤中固定和积累。通过降雨过程中的径流和淋洗，重金属将污染地表水和地下水，恶化水文环境，并可能通过直接接触、食物链等途径危及人类的生命和健康。
二、几种现有的重金属污染修复方法
综合国内外相关文献，对重金属污染土壤的治理，大致可分为物理修复，电、化学修复，生态修复等几大类。
三、生态修复的主要介绍
1.动物修复简介
利用土壤动物吸收积累污染物达到治理重金属目的的方法，即动物修复方法。寇永纲等人通过测定重金属污染土壤中不同铅浓度梯度下蚯蚓在培养期内对铅富集量的研究,结果表明，蚯蚓对铅有较强的富集作用，且随铅浓度的增加，蚯蚓体内的富集量也增加。
蚯蚓在进行正常生理活动的同时，改善了周围土壤的肥力、提供了良好的微生物生长环境，对植物修复和微生物修复也会带来一定的增益。
2.微生物修复
2.1微生物修复简介
土壤中的微生物种类繁多，数量庞大，可以称为土壤中的活性胶体。很多微生物在自然条件下，通过氧化还原作用等，参与自然界中重金属的转化，将重金属转化为无毒或低毒的化合物形式。
2.2微生物对重金属环境化学行为的几种影响机制
2.2.1吸附和富集作用
微生物表面结构对重金属的吸附起着重要的作用，微生物可通过带电荷的细胞表面吸附重金属离子，或通过摄取必要的营养元素主动吸收重金属离子，将重金属离子富集在细胞表面或内部。
2.2.2氧化还原作用
金属价态的改变使得重金属形态的改变，会直接影响到金属的溶解性、移动性以及生理毒性。微生物可通过直接的氧化作用或还原作用，改变重金属的价态，减低重金属在土壤中的毒性。
2.2.3溶解作用
土壤微生物的代谢作用能产生多种低分子量的有机酸，能溶解重金属及含重金属的矿物[ ]：曾有报道，部分真菌可以通过分泌氨基酸、有机酸以及其他代谢产物对其周围的重金属进行溶解。
3.植物修复
3.1植物修复技术简介
植物修复技术，即利用有些植物对某种重金属的忍耐和超量积累的特性，来清除污染土壤中的重金属的一项生态技术。通过研究不同植物对金属离子的吸收特性,筛选出超量积累植物是这项研究的关键。
植物修复技术的成本费用较低，环保无污染，适合全球推广；植物修复技术属于原位修复技术，修复植物成林之后具有保护表土、减少侵蚀和水土流失的功效，可大面积应用于矿山的复垦、重金属污染土壤的改良。
3.2植物修复技术的分类
适应重金属胁迫的植物有三种情况:(1)不吸收或少吸收重金属元素。(2)将吸收的重金属元素钝化在植物的地下部分，使其不能向上部转移。(3)大量吸收重金属元素，但不影响植物的正常生长[5]。运用植物修复重金属污染也是基于这些植物有上述的表现。通过植物对重金属处理的生理机制不同，将植物修复技术分为4类：
3.2.1植物萃取技术
Brooks等人1977年最早提出了超级累植物这一概念。超积累植物是指能够超量吸收和积累重金属的植物。
利用超积累植物对重金属的富集比普通植物高出几十倍的这一特性，如同有机萃取一样，将重金属从土壤中提取出来，富集并搬运到植物的可收割部份，最后集中处理。这种方法可以将重金属从土壤中彻底提取出来。
富集重金属 (Cu、Ni) 的植物收割部分的处理可以焚烧, 残渣用来回收金属。富集了 Pb、Zn等的植物 , 需干燥并放在有保护作用的筒中填埋[6]。
一般超级累植物在恶劣的重金属胁迫下，生物量表现得都不太理想，虽然超级累植物能吸收一定量的重金属，但是较小的生物量也是该技术的一大瓶颈。目前也有将在重金属污染地生物量表现好的，但并非超积累植物的一些富集植物广泛种植，以达到吸收总量的提升。
3.2.2根系沉淀技术
利用超积累植物或耐重金属植物吸收沉淀和富集重金属，使得重金属元素集中在根部，不再往上运输。这项特性将对污染农田的重金属防治有很大的意义，经过作物的筛选，可以找出部分将重金属沉淀在根系部位的作物，可以防止重金属转移至作物果实，从而进入生物链。
3.2.3根际稳定技术
植物通过改变根际环境(Ph、Eh)使重金属的形态发生化学改变，通过在植物的根部积累和沉淀，减少重金属在土壤中的移动性以及重金属被淋滤进入地下水或通过空气进一步扩散污染环境的可能性。但是这种技术只能稳定重金属不对其周边发生毒害，并不能从真正意义上彻底清除土壤中的重金属。
3.2.4植物挥发技术
利用一些植物来促使土中重金属转化为可挥发物质，这一方法仅限于挥发性污染物。如硒、汞、砷、铅都能通过植物挥发作用而被部分去除。例如，烟草能使毒性大的二价汞转化为气态的汞，海藻能吸收As，并以(CH3)2ASO3的形式挥发出体外。但此方法是将污染物从土壤转移到大气，对环境仍有一定影响。
由以上各方法可知，进行植物修复的关键第一是超级累植物的筛选，第二则是植物生物量的提高。目前 ,在世界各地已发现多种对重金属具有强富集能力的超积累植物(见表 4)。
另外，国内的研究也逐渐展开，对于重金属超富集植物的寻找和筛选也得到一定成果：Pb的超富集植物物羽叶鬼针草和酸模、砷的超富集植物蜈蚣草和大叶井口边草，印度芥菜对Cd、Zn的耐受和超积累能力等。
四、展望
1.生态修复与物理化学修复方法相结合的技术效果
以生态修复为主，物理化学修复方式为辅来治理重金属污染的结合，将会是今后治理重金属污染土壤的主要方向。主要原因如下：
1.1物理化学研究方法效果快且彻底，但是成本过高，有些会造成二次污染，单独使用于面积较大的废弃矿山等地不切实际。
1.2生态修复绿色环保，且成本较低，亦有很好的生态效应，但是修复周期长，用于修复的植物生物量普遍不甚理想。
1.3在生态修复的基础上，进行物理客土、种植区铺置吸附材料、局部化学淋洗等方法，可以优化用于生态修复的植物、微生物或者动物的生长环境，提高生态修复效果。
2.推广生态系统联合修复方法
植物的根系是各种微生物生长的重要载体之一，而动物的存在会使得微生物得到很好的生长环境，并且其相互依存相互促进。
目前，植物、动物、微生物修复重金属污染土壤均已经被证实是可行的，并且也将成为主流的发展方向，但是目前仅限于单一修复，或者植物和微生物组合修复。如果将植物、专性降解菌以及动物联合对污染地进行修复，可能会产生1+1+1>3的效果。
参考文献：
[1]顾继光, 周启星, 王新，土壤重金属污染的治理途径及其研究进展，[J] 应用基础与工程科学学报，2003年6月第11卷2期：143-151.
[2]翟雯航 高勇伟 田景环，我国土壤污染概况及危害性[J]河南科技 2008.5上，（7-7）.
[3]丁园，重金属污染土壤的治理方法[J]环境与开发，2000，vol 15第二期（25-28）.
[4]田卫东，重金属污染土壤的生态修复原理[J]资源与环境，2008年第4期（下）（100-101）.
[5]顾继光，周启星，王新，土壤重金属污染的治理途径及其研究进展[J] 应用基础与工程科学学报，2003年6月第11 卷2 期.
[6]于瑞莲，胡恭任，采矿区土壤重金属污染生态修复研究进展[J]中国矿业，2008，2 Vol . 17 ， No. 2
[7]Baker A J M. Terrestrial higher plants which hyperaccumulate metallic elements a review of their distribution, ecology and phytochemistry[J].Biorecovery, 1989 ,1 :812126.