关于土壤重金属修复主要包括工程措施、农艺措施、生物修复、化学方法。其中生物修复又分为微生物修复、动物修复、植物修复。本文就主要研究微生物-植物联合修复土壤重金属。
植物修复是美国科学家Chaney
[4]于20 世纪80 年代提出的，其核心是利用超富集植物吸收、富集、降解或固定土壤中重金属，以实现降低或消除重金属污染的生物技术。植物修复主要是利用某些植物能忍耐和超量积累某种重金属的特性来清除土壤中的重金属。它既可以修复土壤重金属污染，也可以改善矿区生态环境，还能从低品位的尾矿或土壤中回收贵金属，实现土壤环境保护和金属矿产资源高效回收利用的统一
[5]。
超富集植物是指能够从土壤中大量吸收一种或几种重金属并将其转运到地上部的特殊植物
[6, 7]。植物是植物修复技术的核心，对植物修复效率起着关键性的作用。
植物修复作为一种极具前途的生物修复途径已被科学界和政府部门所认知和选用，包括中国和美国在内的许多国家的重金属植物修复技术已经用于修复多处污染场所，如我国学者陈同斌在湖南郴州建立的利用蜈蚣草进行As污染土壤植物修复示范工程，是世界上第一个As污染土壤植物修复示范工程，每年的As修复效率可达8％以上
[8]。在美国，植物修复市场销售达10000万美元，有专家分析认为，未来几年国际植物修复市场规模将达20亿美元。
但大部分超富集植物存在生长速度慢、生物量小等缺陷，因此，通过强化措施提高超富集植物的修复效率是植物修复技术应用的重要发展方向
[9]。从国内外已发表的文献资料来看，主要的技术包括基因工程技术，螯合诱导修复技术，接种菌根强化植物吸收技术，二氧化碳诱导植物超积累技术
[10]。
植物联合修复是近年来兴起的一种型修复技术，是在植物修复的基础上，联合其他修复技术，形成联合修复体，主要通过以下几方面强化植物修复作用：（1）活化土壤中的重金属。如菌根能够分泌更多的质子，并改变根际pH 环境，从而影响土壤重金属及其他化合物的生物有效性；向土壤中添加螯合剂，能增加土壤溶液中重金属离子浓度，促进重金属自根系向地上部转运；蚯蚓体内携带各种微生物，能提高土壤中活性微生物量，微生物能借助有机酸的分泌活性重金属离子
[11, 12]。这些都直接或间接地改变了土壤中重金属的有效性，提高了植物修复效率。（2）促进植物生长，提高生物量。如施肥能为植物生长提供营养元素，从而提高植物生物量；蚯蚓可以改善土壤理化性质、提高土壤肥力、促进根系的生长，从而增加植物的生物量；某些细菌产生的某些激素能促进植物生长
[13]。
利用土壤—微生物—植物的共存关系，充分发挥植物与微生物修复技术各自优势，弥补不足，进而提高土壤中污染物的植物修复效率，最终达到彻底修复重金属污染土壤的目的。对植物根际微域的研究表明，植物与微生物共同配合能明显提高修复的效果
[14]。目前，关于微生物和植物的联合修复主要从菌根和细菌两方面研究。
菌根植物与土壤重金属污染的研究开始于20世纪80年代初。植物根际的微生物一方面可以把大分子化合物转化为小分子化合物，这些转化产物对植物根际的重金属有显著的活化作用，另一方面，微生物也可以分泌出质子、有机质等物质，增加植物根际的重金属元素的活化能力。Long 等
[15]研究发现，在长期被酸性废水污染水稻土壤中，接种菌株V18L2、118L4、V18R2 能显著增加东南景天根系的Zn含量，降低地上部Zn 的含量，表明金属抗性促生细菌可用于强化植物修复重金属污染土壤。
菌根(Mycorrhizae)是真菌与植物根系结合形成的一种互惠互利的共生体，广泛存在于自然界中。菌根在从根部获取必需的碳水化合物和其他一些物质的同时，也为植物根系提供植物生长必需的营养和水。含有大量微生物的菌根是一个复杂的群体，包括放线菌、固氮菌核真菌，这些菌类有一定的降解污染的能力。大量研究表明，菌根真菌能够提高寄主植物抗重金属毒害的能力。刘茵
[16]通过接种丛枝菌根（AM）Glomus intraradices对黑麦草生长和富集、运转镉的研究表明，菌根的形成使得根系积累镉的增加，从而减少了向地上部分配的比例，改善了黑麦草地上部的品。Bissonnette等
[17]研究表明，杨柳接种菌根后植株在富集Cu、Cd、Zn的能力都有显著性提高。
Rigou等
[18]研究发现,松苗根接种菌根后，能够分泌更多的质子，并改变根际pH 环境，从而影响土壤重金属及其他化合物的生物有效性。金忠民等
[19]研究发现，加入JB11 后，高羊茅和红三叶中重金属Pb和Cd 含量都显著增加。Akiko 等
[20]研究表明，豆科植物与重组的根菌之间的共生作用可以提高重金属的吸收。王宇涛等
[21]研究发现，重金属能明显抑制玉米的生长，但丛枝菌根真菌（AMF）能缓解重金属对玉米的生物毒害效应，接种AMF后，玉米株高和生物量明显增加。
土壤中的有些细菌不仅能刺激并保护植物的生长，而且分泌的物质还具有活化土壤中重金属的能力。如根际促生细菌和共生菌产生的植物激素类物质具有促进植物生长的作用
[22]。土壤中弱酸可溶态重金属含量的提高，有助于增加植株对重金属吸收。赵根成等
[23]在研究添加外源微生物对蜈蚣草吸收砷能力及其根系参数的影响时，发现施用微生物可有效提高蜈蚣草累积砷的能力，且以放线菌shf2效果最好。王桂萍等
[24]盆栽试验表明，接入菌株F16 后，能显著提高三叶草和香根草地上部对污染土壤中铜的累积及提取量。
此外，Kamaludeen等
[25]对植物与微生物的联合修复进行系统研究，发现不同富集植物对不同种类重金属的提取修复效率因根际微生物的联合修复作用而显著提高。
从土壤物理化学角度来看，重金属呈现不同的形态。由于污染土壤中有机质和矿物对重金属的吸附，可溶态的重金属所占比例较小，其生物有效性也就相应的较小。所以，重金属的生物有效性是制约植物修复的一个关键因素
[26]。另外，重金属对植物和微生物的毒性和抑制机理都影响微生物联合植物修复技术的效率。
作为植物-微生物联合修复技术的主体, 富集植物一般应具有以下几个特性:即使在污染物浓度较低时也有较高的积累速率, 尤其在接近土壤重金属含量水平下, 植株仍有较高的吸收速率, 且须有较高的运输能力;能在体内积累高浓度的污染物, 地上部能够较普通作物累积10 ～ 500倍以上某种重金属的植物;最好能同时积累几种金属;生长快, 生物量大;具有抗虫、病能力
[27]。
目前, 根据野外采集样本的分析, 全世界发现了约400种超积累植物, 最重要的超积累植物主要集中在十字花科, 世界上研究得最多的植物主要在芸苔属(Brassica)、庭芥属(Alyssuns)及遏蓝菜属(Thlaspi)
[10]。
根际环境在很大程度上影响着植物对重金属的吸收。所谓的根际就是受植物根系活动影响较多的部分土壤, 是离根表面数微米的微小区域。从环境科学角度来说, 根际是土壤中一个独特的土壤污染“生态修复单元”, 是根系和土壤环境相互耦合的生态和环境界面。作为植物根系生长的真实土壤环境, 根际环境在植物-微生物修复技术中的作用也不容忽视。根际环境因素主要包括:pH、氧化还原状况、根系分泌物、根际微生物和根际矿物质等。
植物-微生物联合技术通过发挥植物和微生物各自的优点, 最大限度弥补其在重金属污染修复中的不足, 提高植物修复的效果。但是, 从植物及土壤微生物的种类和数量方面而言, 构建植物-微生物修复重金属污染土壤有效配伍成为难点, 也使得此技术的实际应用还很少。今后还需进行以下工作:
1)继续寻找、筛选超富集植物。虽然至今已发现400多种重金属超富集植物, 但在我国发现的种类甚少。我国的野生植物资源十分丰富, 其中可能蕴藏着大量的超富集植物, 到受重金属污染的地方寻找超富集植物是一条捷径。
2)筛选耐性/抗性较强的微生物菌株。土壤是微生物的源和库, 目前生物修复中土壤微生物的筛选工作多体现在对有机污染物降解菌上, 应进一步开展针对重金属污染的微生物筛选工作, 这对植物-微生物修复重金属污染土壤至关重要。
3)利用分子生物学技术及基因工程等手段,选育高效富集重金属的植物, 驯化、培养耐性微生物,构造工程菌剂具有广阔的前景。但是, 转基因植物与微生物在现场应用的时候必然要考虑到其对生态系统存在的风险问题, 因此关于这方面的研究还需要进一步探讨。
4)深化基础理论研究。就植物-微生物-重金属之间的共存关系而言, 有关超富集植物对重金属的吸收、转运、耐受、富集和解毒的机制, 根际微生物的作用机理以及重金属生物有效性的影响因子等基础理论问题有待深入研究, 其成果可为重金属污染土壤的植物修复工作提供理论支撑。
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