（一）大型海藻修复法

植物可以有效清理土壤中的污染物（Brady & Weil, 1999; Wenzel等，1999）。藻类吸收、富集重金属的机理主要是将其吸附在细胞表面，或是与细胞内的配体结合（图12-2），其中羟基是起主要作用的基团。很多藻类有较强的重金属富集能力，具有很好的净化海水重金属污染的潜力（Holan & Volesky, 1994；Antunes等，2003; Cossich等，2004），但是不同海藻对不同重金属的富集量有明显差别（表12-3）。

图12-2　藻类生物吸收重金属的主要途径（引自江用彬等，2007）

表12-3　不同藻类对重金属的吸收（引自江用彬等，2007）

续表

注：吸附能力通过每克干藻吸附重金属质量来表征。

1.活体海藻吸附法

活体海藻吸附法，顾名思义，主要是利用活体海藻对重金属进行吸附的方法。根据不同海藻对不同重金属吸附能力的差异，选择合适的海藻种类对已污染海域进行修复。例如在Cu2+污染海区，真江蓠、石莼、鼠尾藻、马尾藻是较为良好的吸附种类（图12-3、图12-4、图12-5；见插文）。在Pb2+污染严重的海域，墨角藻因其对Pb2+的去除效果最好且速度较快而成为较理想的修复藻类；此外，鼠尾藻、孔石莼等也有很强的Pb2+去除能力。Zn2+的去除过程中，随着海藻培养时间的增加，海藻对水体中Zn2+的去除率呈现递增的趋势，可选用鼠尾藻、松节藻作为修复生物（图12-6；见插文）。对于海水中Cd2+的去除，常选用泡叶藻、马尾藻和鼠尾藻。

图12-3　真江蓠（Gracilaria verrucosa；来源：www.algaebase.org）

图12-4　孔石莼（Ulva pertusa；来源：www.algaebase.org）

A.孔石莼藻体；B、C.分别为藻体横、纵切面；D.覆盖孔石莼的潮间带海域

图12-5　鼠尾藻（Sargassum thunbergii；来源：http://www.aomori-itc.or.jp/zoshoku/nagisa/h15top/ place/af-kazam/afsp.pht/afplapht/aflpla/lumitora.jpg）

图12-6　松节藻（Rhodomela confervoides）

真江蓠（Gracilaria verrucosa），属红藻门（Rhodophyta）杉藻目（Gigartinales）江蓠科（Gracilariaceae），单生或丛生，线形，圆柱状，高30～50cm，多生长在潮间带至潮下带上部的岩礁、石砾、贝壳以及木料和竹材上，是提取琼胶的重要原料。真江蓠在我国沿岸海域广泛分布（图12-3）。

孔石莼（Ulva pertusa），属绿藻门（Chlorophyta）绿藻纲（Chlorophyceae）石莼目（Ulvales）。藻体黄绿色；近似卵圆形，边缘常略呈波状，或呈广宽的叶片状；长10～30cm，最大可达40cm；厚45μm左右。孔石莼生长在海湾内、中潮带及低潮带的岩石上或石沼中，在我国东海、南海分布较多（图12-4）。

鼠尾藻（Sargassum thunbergii），属褐藻门（Phaeophyta）圆子纲（Cyclospreae）墨藻目（Fucales），是太平洋西部特有的暖温带性海藻（图12-5）。

松节藻（Rhodomela confervoides），属红藻门（Rhodophyta）仙菜目（Ceramiales）松节藻属（Rhodomela）在西太平洋和北大西洋沿海分布广泛（图12-6）。

2.海藻干粉吸附法

除了使用活体藻类，改性的大藻粉末对于去除重金属污染也有一定的作用。将海带洗净晾干粉碎后过筛，再用1mol/L的NaOH溶液浸泡，震荡后用去离子水冲洗至中性，干燥磨碎即可。这种粉末对于Cu2+、Cd2+、Ni2+等重金属离子的吸附率均高达70%以上，尤其是对Cu2+的吸附效果显著（秦益民，2009）。

影响海藻富集重金属的因素较多，温度、pH、水体中的阴阳离子、重金属的存在形态以及藻类的不同生长阶段都会影响重金属的富集。

3.修复效果的监测与评估

大型海藻对重金属污染水域的修复效果，主要通过重金属的去除率和藻体对重金属的富集系数两项指标来评估。其中生物富集系数是描述化学物质在生物体内累积趋势的重要指标。

（二）盐生植物修复法

1.植物种植吸附

常用的修复植物有碱蓬（Suaeda glauca）、赤碱蓬（Suaeda heteroptera Kitag）、地肤（Kochia scoparia）、大米草（Spartina anglica）等。

在Cu、Zn污染严重的水域，优先选择种植碱蓬来进行修复（袁华茂，2011）。对常见重金属Cu、Pb、Cd污染的水域，可选用种植赤碱蓬进行修复。赤碱蓬生长周期短，生物量较大，可及时收割处理，对重金属污染修复有良好的效果（何洁，2012）。对Hg污染严重的海滩，可选择种植大米草。大米草可以吸收有机汞，将有机汞部分地转化为无机汞而较多地积累在植株的地下部，在环境污染的植物修复方面有重要的利用价值（田吉林，2004）。在Cu、Pb、Zn污染较严重的湿地或近岸，可以种植互花米草（Spartina alterniflora；表12-4）。通过收割富集重金属的互花米草地上部分，可以有效地降低其生长环境中水体或沉积物中的重金属质量分数（胡恭任和于瑞莲，2008）。

表12-4　单株护花米草及其地上部分富集重金属的比较（引自胡恭任和于瑞莲，2008）

注：m表示地上部分；m1表示整株护花米草。

2.筛选用于重金属植物修复的超富集盐生植物

超富集植物是能超量吸收重金属并将其运移到地上部的植物。通常, 超富集植物的界定可考虑以下两个主要因素：①植物地上部富集的重金属应达到一定的量；②植物地上部的重金属含量应高于根部（顾继光，2003）。

理想的修复植物应具备以下特点：有较强的富集重金属的能力，并且地上部分富集量大；对重金属的耐受性强，尤其是幼苗期的植物；萌发率高，生长迅速，生物量大；生命力强，易于收获。

此外，一些对重金属富集量不太高的植物，若其生物量较大，也可用于修复工作，以此弥补重金属富集植物种类不足的问题。

3.修复监测与评估

盐生植物的修复效果，主要通过其对重金属的富集系数来评估。生物富集系数（BCF）一般通过生物组织中化合物的浓度与溶解在水中的浓度之比获得, 也可以认为是生物对化合物的吸收速率与生物体内化合物净化速率之比。这需要对修复地区的盐生植物进行采样，并测定植物体中重金属的含量。

采样过程中，首先要确定采样单元，可按照对角线采样法、梅花形采样布点法、棋盘式采样布点法、蛇形采样布点法，在高潮滩、中潮滩、低潮滩三个断面进行采样。在各采样点用不锈钢铲将盐生植物连根拔起，装入聚乙烯袋子封闭保存。在实验室中依次用自来水和去离子水冲洗植物的各个组织器官，然后用不同方法对其进行消化，并用原子吸收和极谱仪两种计数手段测定其重金属含量。最后，根据测定结果计算重金属富集系数和转移系数。公式如下：

富集系数=地上部（根部）重金属含量/水中重金属浓度；

转移系数=地上部重金属含量/根部重金属含量。

（三）水生动物修复法

水生动物修复法主要是应用一些优选的鱼类以及其他水生动物品种，尤其是利用底栖生物，在水体中吸收、富集重金属，然后把它们从水体中去除，以达到水体重金属污染修复的目的。

1.动物底播修复方法

针对不同污染类型的水体，采用不同种类的底栖生物进行修复。对于高浓度重金属Cu、Zn、Pb、Cd污染的近岸水域，可养殖菲律宾蛤仔（Ruditapes philippinarum）或泥蚶（Tegillarca granosa）进行修复。菲律宾蛤仔对Pb和Cu的富集能力尤其强（苑旭洲，2012）。泥蚶对Cu2+、Pb2+、Cd2+三种重金属离子均有较高的累积能力，其对三种重金属的生物富集系数分别为：210.16～1178.66、128.15～603.84和198.84～659.37，但三种重金属达到最大富集水平的时间不同（霍礼辉，2012）。在Zn污染严重的水域，可养殖近江牡蛎（Crassostrea rivularis），其对于Zn2+的富集能力较高（陆超华，1998）。而在Hg污染严重的水域，则选择养殖紫贻贝（Mytilus edulis）作为净积累者，因为紫贻贝对 Hg的富集能力较高（张少娜，2004）。此外，三角帆蚌（Hyriopsis cumingii）、缢蛏（Sinonovacula constricat canarck）和单齿螺（Monodonta labio）、栉孔扇贝（Chlamys farreri）等贝类，及部分甲壳类、环节动物等也对重金属具有一定富集作用。

2.修复监测与评估

水生动物修复过程中，均用生物富集系数作为评判标准。

总体而言，此法处理周期长，费用高。因此目前水生动物主要用作环境重金属污染的指示生物，用于现场污染治理的不多。

（四）微生物修复法

细菌、酵母等单细胞真菌以及霉菌等丝状真菌已被证实存在重金属吸附能力（Park等, 2003; Goksungur等, 2005）。微生物对重金属产生作用的方式有3种。

（1）吸附作用。微生物作为一种特殊的离子交换剂，其细胞表面存在着各种离子基团，这些离子基因能够对重金属进行物理吸附和生物吸附。

（2）絮凝作用。一些微生物能产生具有絮凝活性的代谢物如多糖、蛋白等高分子物质。这些物质含有多种官能团，分泌到细胞外能使水中的胶体悬浮物互相凝聚沉淀。到目前为止，已开发出的对重金属离子有絮凝作用的生物有细菌、霉菌、放线菌、酵母等十余种。

（3）生物化学反应。微生物通过氧化-还原、甲基化和去甲基化等生化反应将有毒重金属离子转化为无毒物质或将其沉淀。此过程与代谢和酶密切相关。硫酸盐生物还原法就是一种典型的生物化学法（见插文）。

硫酸盐还原菌（sulfate-reducing bacteria，SRB）泛指一类在厌氧情况下，利用金属表面的有机物作为碳源，并利用细菌生物膜内产生的氢，通过称之为异化的硫酸盐还原作用，将硫酸盐还原成硫化氢，从氧化还原反应中获得能量的细菌。

SRB主要通过以下方式改善水质。SRB产生的硫化氢与溶解的金属离子反应，生成不可溶的金属硫化物从溶液中除去。硫酸盐还原一方面消耗水合氢离子，使得溶液pH值升高，金属离子以氢氧化物形式沉淀；另一方面，硫酸盐还原反应降低了溶液中硫酸根浓度，并以有机营养物氧化产生的重碳酸盐形式造成碱性，使水质得到改善。

活性微生物和非活性微生物都可被用于重金属的吸附（表12-5）。对于受Pb 和Cd污染的水域，可选用干燥、磨碎后的小球藻进行修复。对于Zn、Cd、Cu污染的水域，硫酸盐还原菌是一类常用的修复生物。其产生的H2S，可将这三种重金属离子分别还原为ZnZ、CdZ和CuS。除此之外，曲霉菌（Aspergillus niger）、枯叶牙孢杆菌（Bacillus subtillis）、产黄青霉（Penicillum Chrysogenum）、少根根霉（Rhizopus arrhizus）、酿酒酵母（Sacharomyces cerevisae）和链霉菌（Streptomyces longwoodensis）对于某些特定重金属的饱和吸附容量也超过100mg/g干重（潘进芬，2000），因此可以作为备选的修复生物（表12-6）。

表12-5　修复重金属污染的微生物种类（引自薛高尚等，2012）

表12-6　不同微生物对重金属的平均吸附容量（引自薛高尚等，2012）