土壤是地球表面一种复杂的生物地球化学物质，是由气候、地形、生物、时间、母质和人类活动等因素综合作用形成的动态生态系统，土壤最大的特点是能够提供植物生长所需要的肥力.作为地球生态系统的重要组成部分，土壤不仅与大气、水以及生物等相互联系、相互制约，而且与人类的生产生活息息相关，它在维持生态平衡和保护环境方面具有重要作用.近年来，随着社会经济的发展，人类一味地追求经济效益，进行不恰当的工农业生产活动致使土壤中的重金属含量超标，造成的土壤环境污染问题日益严重，人类所需的农产品品质不高，对人类身体健康造成危害.造成土壤污染的重金属元素主要有Hg、Cd、Pb、Cr、As、Zn、Cu、Ni等元素^[1].潜伏性、隐蔽性、降解时间长、污染后果严重、难修复、污染面积广等是土壤重金属污染具有的特性，其危害程度与水污染和大气污染不相上下.

据相关报道，我国约有2000万hm²的耕地受到镉、铅等重金属的污染，全国因重金属污染而造成的粮食减产达到10亿t每年，造成的经济损失更是达到200亿元以上^[2].土壤污染的现象如此严重，对人类社会经济的可持续发展造成了困扰，采用何种高效科学的修复技术对受到重金属污染的土壤进行治理成为当今社会各界人士研究的热点.土壤重金属污染修复是指利用物理、化学或生物等方法将重金属从土体中消除或固定在土壤中，以降低重金属的有效性，进而减少对环境和人体健康产生危害的风险.因此从土壤重金属污染的来源入手，简述了国内外对于土壤修复已取得的成功经验和方法以及当前的研究技术进展，根据其优缺点提出今后土壤修复可发展的方向，以期为我国土壤修复及可持续发展提供经济、科学、高效的借鉴方法.

1 土壤重金属污染源分析

土壤重金属污染源主要分为2大类即自然源和人工源，张慧等^[3]对黑龙江省肇源县土壤进行研究，分析结果表明成土母质对表层土壤中的重金属含量以及空间分布具有显著影响，并且是表层土壤重金属的主要来源，人为污染是造成表层土壤Hg富集的主要原因.自然界中的土壤重金属主要是通过母质、基石的风化作用以及风力和水力的搬运作用产生的.按照人类活动方式的不同可以分为工业源、农业源、交通源(相关研究表明，各种汽油中的Pb含量为400~1000mg.kg^-1, Cd和Pb均为交通源重金属)和城市生活源^[4-5].如表 1所列.

2 国内外研究现状

20世纪60、70年代国外土壤污染研究才步入正轨，由于镉污染土壤造成的“骨痛病”问题受到极大关注^[6].西方国家的土壤修复技术遥遥领先，并且修复经验丰富.欧美国家污染土壤治理方式主要经历了三个阶段^[1]，如下表 2所示；我国污染土壤治理可分为四个阶段^[1]，如表 3所列.

3 土壤重金属污染修复技术进展

土壤重金属污染危害严重，污染源广泛.随着社会的发展，人们对生活品质的追求和环保意识的增强，土壤污染和粮食安全问题受到社会各界的强烈关注.各级政府和相关专业领域人士采用物理、化学、生物农业生态及联合修复等方法对受污染的土壤进行修复^[7].以期为人类提供一个安全的生活环境，促进社会可持续发展.

3.1 物理修复

物理修复是率先发展起来的一种方法，主要修复方法包括翻土、客土、固化和填埋等工程措施以及高温热解技术、玻璃化技术等.翻土法是对于土层深厚的土壤进行上下深翻混合，降低土壤表层污染物的含量，同时添加肥料弥补深翻减少的养分；客土法是根据污染土壤的理化性质以及污染程度的大小，将适量的干净无污染的土壤添加到受污染土壤的表层将其混匀.翻土和客土适于污染较轻的土壤^[8].固化是将受污染的土壤与水泥、硅酸盐、粉煤灰等固化剂按照一定的比例混合，形成渗透性低，强度大的固体混合物的过程；填埋是将受污染未经处理的土壤按固体废物处理的方式进行填埋，隔离污染物的过程.固化和填埋不但会破坏土壤结构、对固化剂的需求量大，而且只适于污染严重局部性土壤^[8-9].高温热解技术多用于处理具有挥发性重金属如Hg、As、Se等，这种方法虽然治理土壤污染效率高，但是成本高，并且在处理过程中会产生汞废气和其它有害气体，如果处理不当会造成二次污染，对空气和人体健康造成危害.同时处理过程中会破坏土壤有机质和结构水.如Huang等^[10]在处理Hg污染土壤时用高温热解方法，结果显示土壤中Hg浓度从1320 mg·kg ^-1降到6mg·kg ^-1，此时温度达到550℃，同时土壤中铁-锰等氧化物结合态转化为酸溶解态、硫化物及有机结合态和残渣态，这些次生产物对土壤可能造成不利的影响.玻璃化技术是指将受污染土壤置于高温高压环境下，待其冷却后形成坚硬的玻璃体物质，从而达到固定土壤中重金属的目的，该技术成本高，耗电量大，但其对重金属的固定效果好，使其难以降解.

物理修复简单、耗时短，但工程量大、成本高、适用范围有限，操作过程中可能会破坏土壤结构，造成二次污染等问题，不利于广泛使用.

3.2 化学修复

化学修复主要是利用改良剂的性质与土壤中的重金属发生反应，改变土壤的PH、Eh等属性，经过物理化学等作用固定或去除土壤中的重金属，土壤中重金属活性降低，达到修复重金属污染土壤的目的^[11].化学修复技术主要有两种策略，一是根据土壤具有自净能力这一特点，利用某些化学物质或螯合剂通过改变重金属的性质，如添加硅酸盐、石灰等钝化剂使其均匀且快速扩散在土壤中，利用土壤自净能力净化污染物；二是通过禁锢使土壤中重金属的化学性质稳定，同时植物生长能够获得正常的营养物质的供给^[12].其具体方法主要有淋洗法、化学钝化修复法、电动修复等其优缺点如下表 4所示：

3.2.1 化学淋洗

化学淋洗法是利用能够溶解或迁移土壤中污染物质的生物化学溶剂，将其固相重金属溶解转移到液相土体环境中，然后将液体从土体中抽取出来，再进行分离和处理，从而达到去除土体中重金属的目的^[13].根据处理场地可分为原位淋洗和异位淋洗.原位化学淋洗是指采用灌溉、挖掘、喷淋或沟渠等方式在污染现场向土壤中添加淋洗剂，通过淋出液的收集、处理和再生利用等完成对重金属污染土壤的修复^[14].异位化学淋洗是指将受到污染的土壤挖出来，通过筛分去掉超大颗粒，再用清水或淋洗液洗涤污染土壤达到去除重金属污染物的目的.最后处理含有重金属污染物的废液或淋出液，并将处理完的干净土壤回填或它用^[15].唐敏等^[16]采用柠檬酸作为砷淋洗剂处理砷污染的土壤，结果表明砷的去除率超过70%.研究表明去除污染土壤中Cu、Pb、Ni、Zn可采用0.1 mol·L ^-1 HCl作为淋洗剂，去除率分别达到92%、79%、77%、75% ^[17].

3.2.2 化学钝化

化学钝化修复是指向土壤中加入有机(农家肥、作物秸秆等肥料)、无机(石灰、磷矿粉等磷酸盐类、沸石、膨润土等矿物以及无机硅肥等)或有机-无机(污泥等)钝化剂^[18].以调节和改变重金属的理化性质，使其产生吸附、沉淀、离子交换和氧化还原等反应，降低重金属的迁移性和生物活性^[19].有研究表明在土壤水分正常条件下，纳米级材料Ca/CaO通过吸附以及将金属离子截获至新形成的聚合物中，显著降低了土壤表面As、Cd、Cr、Pb的浓度；无定形SiO₂施用于土壤可以降低Cd的活性; 绿色垃圾和鸡粪制取的活性炭能有效地固定土壤中Cd、Cu、Pb以及降低生物有效性，同时促进了植物的生长，鸡粪制取的活性炭效果更加显著^[20].

3.2.3 电动化修复

电动化修复是使土壤中的重金属离子在利用电场作用下向电极富集，采用这种方法能够控制污染物的流向，对于低渗透的黏土和淤泥采用此方法效果更加显著^[21].胡宏韬等^[10]利用这种方法处理单一污染土壤中的Zn、Cu，研究表明土壤中阳极附近Zn、Cu去除率分别为74.3%、71.1%.

3.3 生物修复

生物修复技术相较于现有的物理、化学等修复技术而言，被认为是最富有生命力的^[22].可以分别从植物、动物、微生物这三个方面进行分析，其优缺点见表 5所列.

3.3.1 植物修复

植物修复技术不仅可以对重金属等污染物进行吸收和去除，也可以对其进行固定和转化.主要有植物固定、植物挥发和植物提取^[23]，其优缺点如下表 6所示.

植物固定是通过植物的根部或分泌物改变重金属的性质，降低其毒性和迁移性^[24].有研究发现植物根系分泌的磷酸盐可以和重金属铅结合成难溶的磷酸铅固定在植物根部，降低铅的活性.

植物挥发，该修复方法受到污染物性质的制约，对于那些难以挥发的污染物并不适用，并且它将挥发出来的气体转移到大气中，对环境质量造成一定的影响.目前对于汞和硒的研究较多.如Meaghcr R B^[25]研究发现：烟草能使二价汞转化为气态汞.印度芥菜种植1年可以去除土壤中48%的硒.

Yuan等^[20]利用植物提取的方法，研究表明：海州香薷生长能降低土壤中Cu含量.在受Zn污染的土壤上种植垂枝桦，发现垂枝桦各部位Zn的积累量超过其它已知植物.

3.3.2 动物修复

动物修复技术是指通过土壤中的动物群吸收、转化、降解等作用去除或降低土壤中重金属等污染物^[26].蚯蚓的生物量在土壤动物生物量中占到60%以上.研究显示蚯蚓可以通过扩散和摄食两种途径降低土壤中的重金属含量，并且对其重金属具有富集作用，对污染物的去处较为彻底，效果好，不易产生二次污染^[27].

3.3.3 微生物修复

微生物修复技术是指利用土壤中的细菌、真菌、藻类等微生物通过吸附、沉淀、氧化和还原等对污染土壤中的重金属污染物的毒性进行降低的过程.土壤中微生物种类虽然繁多，但是对于受污染的土壤中的污染物而言，不一定存在相应的能够降解污染物的微生物，因此需要接种具有特定降解功能的微生物^[28].

微生物吸附技术是微生物修复的主要方法，主要分为：胞外吸附、胞内积累和细胞表面吸附.胞外吸附主要是指一些能够分泌胞外聚合物的菌株结合周围的重金属离子或与重金属离子形成沉淀物阻止污染物进入细胞体内^[29].例如Citrobacter sp.是通过与环境中的Cd²⁺形成磷酸盐不溶性复合物的形式来抑制其毒性，而K.aerogenes则是与Cd²⁺形成镉的硫化物来固定镉离子^[30].胞内积累主要是通过细胞内的金属硫蛋白、络合素以及多肽等与重金属离子结合而在细胞内形成沉淀将重金属“固定”.细胞表面吸附基于金属与细胞壁官能团之间发生物理化学反应的基础上进行的.

3.4 农业生态修复

农业生态修复主要涉及农艺和生态两个方面，农艺修复就是根据耕作情况调整不合理的耕作方法和管理制度，如种植不进入食物链的观赏性植物、施用有机肥固定土壤中的重金属或能降低重金属污染毒性的化肥等.农业生产过程中施用硝态氮肥可以有效地降低重金属的活性；对于污染严重的土壤通过连续种植超富集植物将重金属移出污染区；对于轻污染的土壤可以种植耐性植物，降低重金属在植物可食器官中的积累量.生态修复就是通过调节土壤污染物所处的环境如水分、养分、温度、湿度以及PH等降低污染物的生物有效性.

3.5 联合修复

采用单一修复技术治理土壤污染问题虽然能够达到一定的治理效果，但效益并没有达到最优.单一修复手段存在的不足限制了它的发展，因此采用联合修复技术成为目前研究的热点，研究最多的包括物化联合、生物联合以及物化-生物联合.

卢彬采用可降解螯合剂淋洗法和可渗透反应格栅联合修复技术治理污染土壤中的重金属元素铜，结果表明以壳聚糖溶液(200 g/L)作淋洗剂，煤渣废铁屑颗粒活性炭体积比按1:1:1，淋洗14d铜的去除率为95.51%；淋洗42d铜的去除率为98.29%，采用这种修复方法达到了很好的效果，但是忽略了植物吸附和表面蒸发等对重金属迁移的影响^[31]；黄细花等^[32]采用套种(东南景天和玉米)和化学淋洗联合修复Zn、Cd、Pb复合污染的土壤，结果表明通过两季(约9个月)的联合修复技术处理后，重金属Zn、Cd、Pb的降低率分别为12.6%-16.5%、27.8% -44.6%、3.6%- 5.7%，其中植物提取是去除Zn、Cd的主要方法，淋洗主要除掉的是Pb，对于Zn、Cd和Pb的复合污染可以采用套种+淋洗方法.目前对于动植物联合修复的研究中，涉及最多的是关于蚯蚓的研究，蚯蚓既可以提高土壤肥力，又可以促进植物根系的生长，如田伟莉等^[33]利用黑麦草、白三叶+蚯蚓联合修复Cd、Cu、Pb复合污染的土壤，研究表明：经过整整一年半的治理，土壤中Cd、Cu、Pb的含量分别降低92.3%、42.0%、24.7%.刘帅霞等^[34]利用秸秆+污泥+复合菌联合修复污染土壤中的六价铬，结果表明1%秸秆+1%复合菌+30%污泥对土壤中铬的还原率达到96.6%，并且按照这个比例的组合可以使效益达到最大化.

4 土壤重金属污染修复技术对比

不同的修复技术具有各自的优缺点，针对文中所阐述的各种修复方法进行优缺点对比分析，结果见表 7.

5 结论与展望

随着社会经济的发展，重金属对土壤环境的污染已经发展成一个世界性的问题，无论是国内还是国外，土壤污染问题引起了高度的关注, 各种修复技术不断地被提出，并且处于不断地深入和完善过程中.土壤污染是多种因素综合作用的结果，使用单一的修复手段，虽然能够达到一定的修复效果，但是受到适用范围的限制，修复效益并不是很好.所以在实际治理过程中应从以下几个方面入手：

1) 进行宣传教育，提高公民的环保意识和忧患意识，在追求经济快速发展的同时，注重对自然资源的保护，改变耕作制度，合理使用农药化肥以及污水灌溉；

2) 土壤重金属污染来源广泛，土壤保护应以预防为主，从源头治理，对各种污染源含量和排放进行严格监控，使其达标后再排放；

3) 植物修复和联合修复技术是目前修复土壤重金属污染经济效益和生态效益最好的手段，在实际应用过程中应以这两种修复为主，但单一的植物修复仍然存在不足之处，所以在以后的研究中应将重点领域着眼于植物修复与物理化学、动物、微生物、农艺措施等多种修复技术联合起来进行土壤联合修复；

4) 在治理土壤同时，密切联系土壤与大气圈、水圈、生物圈等之间的关系，确保在修复过程中不会对其他生态系统造成危害.