重金属是指相对密度在4.5g/cm³以上的金属，通常包括铅、汞、镉、铬、砷等金属元素。这些金属在环境中积累会对生态系统和人类健康造成潜在危害。在土壤中过量积累的重金属可能会影响植物生长、土壤质量和地下水质量。
镉(Cd)不是人体的必要元素。镉的毒性很大，可在人体内积蓄，主要积蓄在肾脏，引起泌尿系统的功能变化，也存在于水果和蔬菜中，尤其是蘑菇。水中含镉0.1mg/L时，可轻度抑制地面水的自净作用，镉对白鲢鱼的安全浓度为0.014mg/L，用含镉0.04mg/L的水进行灌溉时，土壤和稻米受到明显污染，农灌水中含镉0.007mg/L时，即可造成污染。正常人血液中的镉浓度小于5ug/L，尿中小于1ug/L。镉能够干扰骨中钙，如果长期摄入微量镉，易使骨骼严重软化，骨头寸断，引起骨痛病，还会引起胃脏功能失调，并干扰人体和生物体内锌的酶系统，导致高血压症上升。
汞(Hg)及其化合物属于剧毒物质，可在人体内蓄积。血液中的汞进入脑组织后，逐渐在脑组织中积累，达到一定量时就会对脑组织造成损害，另外一部分汞离子转移到肾脏。进入水体的无机汞离子可转变为毒性更大的有机汞，由食物链进入人体，引起全身中毒;女性是易受害的人群，尤其是准妈妈、嗜好海鲜人士;天然水中含汞极少，一般不超过0.1ug/L。正常人血液中的汞小于5-10ug/L，尿液中的汞浓度小于20ug/L。如果急性汞中毒，会诱发肝炎和血尿。
铅(Pb)是在人体和动物组织中积蓄的有毒金属，通过皮肤、消化道、呼吸道进入体内与多种器官亲和，主要毒性效应是贫血症、神经机能失调和肾损伤，且儿童、老人、免疫低下人群易受害。铅对水生生物影响的安全浓度为0.16mg/L，用含铅0.1-4.4mg/L的水灌溉水稻和小麦时，作物中铅含量明显增加。人体内正常的铅含量应低于0.1mg/L，如果含量超标，容易引起贫血，损害神经系统。而幼儿大脑受铅的损害要比成人敏感得多，一旦血铅含量超标，应该采取积极的排铅措施。儿童可服用排铅口服液或借助其他产品进行排铅。
砷(As)污染是指由砷或其化合物所引起的环境污染。砷在土壤中累积并由此进入农作物组织中。砷和砷化物一般可通过水、大气和食物等途径进入人体，造成危害。
土壤重金属污染会对生态系统稳定以及人类健康产生严重影响。首先，土壤重金属污染会阻碍作物的生长和发育，进而降低作物产量和质量。例如，在高浓度Pb和 Cd 的胁迫下，小麦株高下降，次生根减少，最终引起小麦产量降低，同时Hg、Cd、Pb也是中国城市郊区蔬菜中超标最严重的重金属元素。不仅如此，土壤中重金属的大量积累可能还会导致土壤性质的改变，从而导致养分元素供应和肥力特性的改变。例如，在土壤重金属过量累积时，土壤磷的吸附、有机氮矿化、钾形态的改变，这些都将妨碍土壤中N、P、K的保持与供应，从而影响作物的产量与质量。重金属超过一定浓度对土壤微生物的活性和数量均有明显的影响。长期定位试验表明，当土壤中某些重金属浓度分别为Zn114mg/kg、Cd2.9 mg/kg、Cu33 mg/kg、Ni17 mg/kg、Pb 40 mg/kg、Cr80 mg/kg时，可使蓝绿藻固氮活性降低50%，其数量也有明显的降低。重金属胁迫会影响土壤酶活性，研究发现，土壤脲酶活性随汞污染浓度增加而降低。不同污染水平间土壤脲酶活性差异均达极显著水平，当土壤中汞含量达12 mg/kg时，土壤脲酶活性仅为对照的34%，说明土壤脲酶对汞污染非常敏感。此外，重金属污染土壤中的作物会吸收和利用重金属，并部分富集在可食用部位，通过食物链经消化道进入人体，引发一系列如癌症、高血压等疾病。
生物修复有广义和狭义之分，人们通常所说的生物修复是指广义的生物修复，即应用生物为主体的重金属污染修复技术，通过它们的代谢活动降低土壤重金属的含量或通过改变其形态而降低毒性，以达到修复目的的修复技术。常用的生物修复技术有:植物修复、动物修复和微生物修复。
1植物修复技术。植物修复技术是指利用植物及其根际微生物对土壤污染物提取、吸收、挥发、转化、降解、固定等作用而去除土壤中污染物的修复技术。作为一种重金属污染修复的技术，植物修复决定于以下几个方面:土壤污染的程度;根际微生物的有效性;应用的植物拦截、吸收、富集、降解重金属的能力等。因此，在进行污染修复时，选择合适的植物至关重要。已有的研究表明，庭芥属、遏菜属的植物均有超富集 Ni的能力，堇菜属的植物对镉具有超富集能力，印度芥菜和玉米在EDTA强化下，表现出对铅的超富集能力，印度芥菜的地上部分铅含量可以超过15000 mg/kg，凤尾蕨属的蜈蚣草羽叶中砷的最高浓度可达22630mg/kg，富集系数(BF)超过10。在利用植物修复重金属污染的同时，也增加了土壤有机质含量和土壤肥力，地表植被覆盖的增加有利于生态环境的改善，而且成本低廉。因此，如何利用生物技术培育新的超富集植物已成为植物修复研究的一个热点。
2土壤动物修复。土壤动物修复是指利用土壤动物及其肠道微生物在人工控制或自然条件下，在污染土壤中生长、繁殖、穿插等活动过程中对污染物进行分解、消化和富集的作用，从而使污染物降低或消除的一种生物修复技术。由于动物修复有一定局限性，对其进行的相关研究较少，目前主要集中在利用蚯蚓、鼠类等大型土壤动物进行修复，其应用于实际修复工程还需要更深入的研究。
3微生物修复。微生物修复是指利用天然存在的或特别培养的微生物在可控制的环境条件下降解土壤中的有机污染物，或者通过生物吸附和生物氧化还原作用，改变有毒元素的存在形态，降低其在环境中的毒性和生态风险。不同的微生物的修复机理存在较大差异，细菌类微生物主要是改变重金属的赋存形态，真菌类则是通过体内的金属硫蛋白与重金属离子通过螯合作用降低游离重金属离子浓度来降低其毒性。
目前，应用较多的联合修复技术类型有植物-微生物联合修复、动物-植物联合修复、物理-化学-生物联合修复。植物-微生物联合修复作为一种强化植物修复技术。按照重金属污染土壤的植物-微生物联合修复的不同形式，可将这种联合修复技术分为植物与专性菌株的联合修复、植物与菌根的联合修复两种形式。与其他修复方法相同的是，植物-微生物联合修复技术在应用中也会受到诸多因素的影响，如土壤重金属污染的程度，重金属的有效性，植物自身的特性，根基环境的变化(pH、氧化还原电位、根际分泌物、根际微生物、根际矿物质)等。