农田土壤中单一镉与镉-铬复合污染下细菌群落的组装过程及关键类群特征研究

针对农田土壤中镉(Cd)和铬(Cr)复合污染对微生物群落的影响机制不明的问题，研究人员通过16S rRNA测序和网络分析，揭示了细菌群落组装过程以确定性过程为主导，鉴定出Gemmatimonas等关键生物标志物，发现复合污染降低碳循环功能基因丰度，为土壤生态修复提供理论依据。

　　

随着工业化进程加速，农田土壤重金属污染已成为全球性环境问题。镉(Cd)和铬(Cr)因其强致癌性和持久性备受关注，我国约7%土壤采样点Cd超标，1.1%存在Cr污染。这两种金属常共同存在于皮革厂、矿区周边土壤，但复合污染对土壤微生物的影响机制仍是未解之谜。微生物作为土壤生态系统的"引擎"，其群落变化直接反映环境健康状况。然而现有研究多聚焦单一污染，对复合胁迫下微生物的适应策略、功能响应及关键物种作用知之甚少。

四川省科研团队采集德阳废弃皮革厂周边22份稻田表层土壤，运用16S rRNA高通量测序技术，结合环境因子检测和共现网络分析，系统比较了单一Cd与Cd-Cr复合污染下细菌群落的结构功能差异。通过零模型分析群落组装机制，采用Mantel检验揭示重金属与关键类群的关联性。

敏感生物标志物的发现
研究鉴定出Gemmatimonas对Cd高度敏感，其丰度与Cd浓度显著负相关。Intrasporangium、Marmoricola、Flavobacterium和Lysobacter被确立为Cr污染潜在标志物，其中Flavobacterium在复合污染中丰度提升3.8倍。这些菌群可作为污染程度的生物指示剂。

功能基因的抑制效应
宏基因组分析显示，复合污染使乙醛酸/二羧酸代谢和糖酵解/糖异生途径相关基因丰度降低12-15%，显著高于单一Cd污染。这表明Cr的加入加剧了碳循环功能的破坏，可能影响土壤肥力。

群落组装机制转变
确定性过程在两种污染下均占主导（贡献率>65%），但复合污染使扩散限制作用增强23%。环境过滤（pH、SOM）解释38%的群落变异，而Cr水溶态浓度与关键类群结构显著相关（Mantel's r=0.52）。

网络复杂性提升
复合污染形成更复杂的共现网络（节点数增加17%，连接度提升21%）。Keystone taxa（关键类群）如Lysobacter与Cr浓度显著正相关，通过种间互作缓解金属毒性。这种"抱团取暖"策略可能是微生物应对复合胁迫的重要机制。

该研究首次阐明Cd-Cr复合污染通过改变确定性筛选压力驱动微生物群落重构。发现的生物标志物为污染监测提供新工具，而关键类群的互作模式启示我们：微生物共生网络可能是土壤修复的潜在调控靶点。研究成果发表于《Journal of Environmental Sciences》，为制定针对性生物修复策略奠定理论基础，对保障粮食安全和生态健康具有重要实践价值。