重金属污染土壤的生物修复（Bioremediation）是指利用动物、微生物或植物的生命代谢活动，削减土壤环境中的重金属含量或通过改变重金属在土壤中的化学形态从而降低其毒性。已有研究表明，土壤动物（如蚯蚓）生命代谢活动对外界条件的依赖度很高，不适宜用来去除土壤中的重金属。这里的生物修复主要包括植物修复和微生物修复，这种技术主要通过两种途径来达到对土壤重金属的净化作用：（1）通过生物作用改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性；（2）通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。生物修复技术主要包括植物修复技术和微生物修复技术，其修复效果好、投资小、费用低、易于管理与操作、不产生二次污染，因而日益受到人们的重视，成为重金属污染土壤修复的研究热点。
1、植物修复技术
广义的植物修复技术（Phytoremediation）是指利用植物提取、吸收、分解、转化和固定土壤、沉积物、污泥、地表水及地下水中有毒有害污染物技术的总称。植物修复技术不仅包括对污染物的吸收和去除，也包括对污染物的原位固定和转化，即植物提取技术、植物固定技术、根系过滤技术、植物挥发技术和根际降解技术。与重金属污染土壤有关的植物修复技术主要包括植物提取、植物固定和植物挥发。植物修复过程是土壤、植物、根际微生物综合作用的效应，修复过程受植物种类、土壤理化性质、根际微生物等多种因素控制。
1.1植物提取
植物提取（Phytoextraction）是指利用超积累植物吸收污染土壤中的重金属并在地上部积累，收割植物地上部分从而达到去除污染物的目的。植物提取分为两类，一类是持续型植物萃取（Continuousphytoextrac－tion），直接选用超富集植物吸收积累土壤中的重金属；另一类是诱导性植物提取（Inducedphytoexrac－tion），在种植超积累植物的同时添加某些可以活化土壤重金属的物质，提高植物萃取重金属的效率。超积累植物（Hyperaccumulator）是指相对于普通植物能从土壤或水体中吸收富集高含量的重金属，并具有将重金属从植株的地下部向地上部大量转运的特殊能力，表现出很高的富集系数。超富集植物的界定一般有3个：（1）植物地上部重金属浓度积累达到一定临界值；（2）生物富集系数（地上部重金属浓度/土壤重金属浓度）>1；（3）转运系数（地上部重金属浓度/地下部重金属浓度）>1。植物提取技术的关键是超富集植物的筛选，目前世界上发现超富集植物400多种。关于植物提取技术的研究近年来成为科学界的研究热点，在实际污染场地的工程应用中也得到了推广应用。凤尾蕨属的蜈蚣草（PterisvittataL.）是世界上首次发现的As超富集植物，对As具有超强的富集能力，通过刈割可以提高其对砷的去除能力。陈同斌等已在湖南郴州建立了世界上第一个砷污染土壤的植物修复工程示范基地。后来相关调查和试验研究发现凤尾蕨属的大叶井口边草（PteriscreticaL.）和粉叶蕨（Pityrogrammacalomelanos）也是砷的超富集植物。中科院华南植物园张杏峰等开展牧草对重金属污染土壤修复潜力的研究，发现杂交狼尾草（Pennisetumamericanum（L.）Leeke×P.purpureumSchumach）和热研11号黑籽雀稗（Paspalumatratumcv.ReyanNo.11）可作为植物提取技术的优良草种，前者可修复Cd和Zn污染土壤，后者可修复Cd污染土壤。研究表明EDTA和EDDS是强化植物提取重金属的高效螯合剂，添加EDTA可导致龙葵叶部、茎部和根部Zn浓度分别提高231%、93%和81%；添加EDDS导致龙葵叶部、茎部和根部Zn积累浓度分别提高140%、124%和104%。此外，天然螯合剂柠檬酸、草酸、酒石酸等也可以提高植物提取重金属的效率。
1.2植物固定
植物固定（Phytostabilization）是指利用植物根系固定土壤重金属的过程。重金属被根系吸收积累或者吸附在根系表面，也可通过根系分泌物在根际中被固定。此外，植物根际微生物（细菌和放线菌）通过改变根际土壤性质（如pH和Eh）而影响重金属在根际的化学形态，也有利于降低重金属对植物根系的毒性。植物固定可降低土壤中重金属的移动性和生物有效性，阻止重金属向地下水和空气的迁移及其在食物链的传递。植物固定技术并非真正意义上从土壤中去除重金属，只是将重金属固定在植物根部或根际土壤中，因此开展修复土壤的长期监测是必须的。植物固定对干旱、半干旱区的尾矿堆置地修复具有广阔的应用前景，可以实现此类污染场地的植被重建。串叶松香草（SilphiumperfoliatumLinn）可应用于Cd污染土壤的修复。
1.3植物挥发
植物挥发（Phytovolatilization）是指利用植物根系分泌的一些特殊物质或微生物使土壤中的Se、Hg、As等转化为挥发形态以去除其污染的一种方法。植物挥发技术适用于修复那些Se、Hg、As污染的土壤。在Se污染土壤中种植芥菜可以通过挥发形式去除土壤Se。洋麻可使土壤中三价硒转化为挥发性的甲基硒从而达到去除的目的。种植烟草可以使土壤中的汞转化为气态的汞而把土壤中的汞去除。气态Se、Hg、As等挥发到大气中易引发二次污染，因此要妥善处置植物挥发产生的有害气体。
植物修复技术较传统的物理、化学修复技术具有技术和经济上的双重优势，主要体现在以下几个方面：（1）可以同时对污染土壤及其周边污染水体进行修复；（2）成本低廉，而且可以通过后置处理进行重金属回收；（3）具有环境净化和美化作用，社会可接受程度高；（4）种植植物可提高土壤的有机质含量和土壤肥力。但是植物修复技术也有缺点，如植物对重金属污染物的耐性有限，植物修复只适用于中等污染程度的土壤修复；土壤重金属污染往往是几种金属的复合污染，一种植物一般只能修复某一种重金属污染的土壤，而且有可能活化土壤中的其他重金属；超富集植物个体矮小，生长缓慢，修复土壤周期较长，难以满足快速修复污染土壤的要求。目前，基因工程技术可以克服上述植物修复技术上的某些弱点，但采用基因工程技术培育转基因植物用于重金属污染土壤的修复尚处于比较有争议的阶段，转基因植物容易诱发物种入侵、杂交繁殖等生态安全问题。
2、微生物修复技术
土壤中微生物数量众多，某些微生物如细菌、真菌和藻类对重金属具有吸附、沉淀、氧化-还原等作用，从而降低污染土壤中重金属的毒性。细胞壁是细菌和重金属直接接触的部位，富含羧基阴离子和磷酸阴离子，易结合环境中活性金属阳离子到其表面。细菌及其代谢产物对溶解态的金属离子具有较强的活化能力，也可以吸附固定土壤中的重金属。研究发现从香蒲（Typhalatifolia）根际中分离出的一些菌株能钝化固定土壤中的Cu和Cd，降低它们在土壤中的可交换态含量。有研究报道，在土壤中接种某菌株，利用其在底物诱导下产生的酶化作用，分解产生CO2-3从而矿化固结在土壤中的有效态重金属，使其沉积为稳定态的碳酸盐。
根际中菌根真菌对于提高植物对重金属的抗性和提高修复效率具有重要作用。菌根真菌可通过分泌根系分泌物改变重金属在根际中的存在形态，进而降低重金属的植物毒性和生物有效性。接种菌根真菌可提高蜈蚣草对土壤中As的提取效率。菌根真菌Glomusmosseae可以改变水稻根部细胞细胞壁的组成，降低水稻地上部对Cu的吸收积累，增强水稻对Cu的抗性。盆栽试验和田间试验的结果表明，接种丛枝真菌极大地提高了鬼针草和龙珠果对污染土壤中Cu、Pb和Zn的吸收积累。接种不同种类的菌根真菌对植物吸收重金属的作用不同，某些菌种有利于提高植物对重金属的吸收从而提高植物的提取效率，而某些菌种则抑制植物对重金属的吸收，提高植物对重金属的抗性，因此要根据不同的目的来合理选择菌根菌种。菌根修复（微生物修复）是植物-微生物联合修复的一种，菌根修复的关键仍是植物修复，筛选出优良的菌种并在植物修复中应用是今后微生物修复发展的方向。