引言
镉（Cd）是一种高毒性的重金属，是全球农业土壤中的主要环境问题（Kubier et al., 2019, Qi et al., 2025）。全球约有14-17%的耕地受到重金属污染，其中镉的超标率最高，达到9.0%（Hou et al., 2025）。镉污染的热点主要集中在印度、巴基斯坦、孟加拉国、中国以及非洲和拉丁美洲的部分地区。在欧洲联盟，表土中的平均镉浓度为0.2毫克/千克，约5.5%的监测点超过1.0毫克/千克，某些地点甚至超过5.0毫克/千克（Ballabio et al., 2024）。在美国，耕地的平均镉浓度为0.27毫克/千克，但在一些集约化 farming 区域超过0.5毫克/千克（Mohotti, 2021）。在中国，7.0%的耕地超过了镉的阈值（MEP, MLR 2014），平均浓度约为0.86毫克/千克，这超过了国家农业风险筛查值0.6毫克/千克（Zeng et al., 2019）。这些广泛的镉污染现象突显了其对农业生产力、食品安全和人类健康的潜在风险。然而，土壤中镉的环境风险不仅仅取决于其总浓度，从根本上说取决于其生物可利用性（Guo et al., 2022, Qi et al., 2025）。在土壤中，镉的生物可利用性通常指的是相对容易释放到土壤溶液中并被植物吸收的镉的比例（Hu et al., 2025, Salam and Helmke, 1998）。镉的生物可利用性通过化学提取方法、特定的土壤镉组分或植物对镉的吸收来评估（Almendras et al., 2009, Guo et al., 2022）。
有机肥料（OFs）通常被定义为施用于农业土壤中的有机或有机衍生材料，以提供养分和/或改善土壤性质。它们包括传统的有机肥料，如牲畜粪便、堆肥和绿肥，以及来自作物、农业、林业和市政废弃物的有机残渣和加工改良剂。这些材料在施用前通常经过堆肥、微生物发酵或成熟处理（Qiao et al., 2023, Sultana et al., 2023, Zhang et al., 2023）。热化学转化材料，如生物炭和植物灰烬，因其化学性质与传统有机肥料不同而被单独考虑为有机衍生改良剂。全球每年产生数十亿吨这些多样的生物质材料，为农业使用提供了丰富的资源基础（Khan et al., 2017, Tombarkiewicz et al., 2022）。施用后，这些有机肥料提供养分，改变土壤性质，并通过多种途径调节镉的生物可利用性（Chen and Lai, 2025, Wen et al., 2025）。与传统无机土壤改良剂（如石灰和粘土矿物）相比，有机肥料可以通过界面反应和微生物调节来影响镉（Hamid et al., 2020, Viana et al., 2025）。它们的官能团为镉的吸附和络合提供了反应位点，并可能促进矿物沉淀（Chen et al., 2024a, Wang et al., 2024, Zhao et al., 2025）。同时，它们的有机碳和养分可以为参与镉调节的微生物提供底物和电子供体（Liu et al., 2025a, Ma et al., 2025）。
然而，不同来源和组成的有机肥料对镉生物可利用性的调节效果差异很大。对近期选定研究的描述性定量综合分析表明，大多数报道的有机肥料应用降低了土壤中可利用的镉含量，尽管反应的程度在不同来源之间有所不同（图1b）。混合来源和植物来源的有机肥料通常表现出更大的减少效果，而动物来源和工业来源的有机肥料则表现出更大的变异性。例如，富含腐殖质的动物粪便通过与羧基和酚基团的强烈络合，将DTPA-Cd降低了20%以上（Qi et al., 2024）。在植物来源的材料中，热化学转化的生物炭通过提高土壤pH值和促进CdCO3的形成，将可交换镉降低了50%以上（López et al., 2025）。在混合来源的改良剂中，有机酸激活的磷酸盐肥料通过形成Cd3(PO4)2，将酸溶性镉降低了约73.2%（Li et al., 2025）。这些效应涉及与镉的直接相互作用，包括吸附、络合和沉淀（Hamid et al., 2020, Saengwilai et al., 2020, Zhou et al., 2024），以及通过改变土壤pH值、氧化还原电位（Eh）和阳离子交换容量（CEC）的间接调节（Kong and Lu, 2022, Liu et al., 2024, López et al., 2025, Zhao et al., 2024）。此外，有机肥料可以刺激EPS的产生（Chen et al., 2024b, Zhao et al., 2023a）、硫酸盐还原细菌产生的硫化物（Wang et al., 2022b）以及磷酸盐溶解细菌释放的磷酸盐，从而促进镉的滞留（Zhao et al., 2023a）。相反，在铁还原细菌分解有机物过程中，氧化铁可能会被还原，可能释放出相伴的镉（Wang et al., 2024）。因此，有机肥料介导的镉调节既包括固定也包括再迁移，取决于改良剂的性质、土壤条件和微生物功能（Huang et al., 2024a, Ning et al., 2025）。
尽管有这些基础性的认识，当前的研究往往分别研究非生物和微生物过程。有机肥料的来源依赖特性尚未明确与土壤环境变化及随后的微生物功能联系起来。这使得难以解释为什么不同组成的有机肥料对镉生物可利用性产生不同的影响。为了描述当前的研究状况并确定知识空白，我们在Web of Science Core Collection中进行了全面的文献搜索。我们使用了“Organic fertilizer OR OF”、“Organic amendment”、“Compost”、“Cadmium OR Cd”、“Bioavailability”、“soil OR Farmland”、“Remediation”、“Immobilization”和“Passivation”等关键词组合，以识别过去十年（2015–2025年）的相关出版物。最初检索到405篇论文，经过标题和摘要筛选以及全文评估后，保留了226篇出版物。我们排除了无关、重复和无法获取的研究。代表性研究在表S1中进行了总结。
基于这些文献，本综述提出了一个综合框架，将有机肥料的来源依赖性化学“特征”与土壤物理化学和生物学性质的变化、耦合的非生物-微生物过程以及镉滞留和再迁移之间的平衡联系起来。具体来说，我们研究了（1）有机肥料的来源和组成特征；（2）它们对土壤环境的影响；（3）非生物反应和微生物过程对镉命运的相互作用；（4）剩余的不确定性和未来的研究重点。这一综合为在镉污染的农业土壤中选择和应用有机肥料提供了机制基础，同时考虑了潜在的再迁移风险。
章节片段
有机肥料的来源和组成特征
有机肥料来源于多种来源，具有复杂的组成。根据其原材料来源和生产过程，有机肥料可以分为四大类：动物来源的（Qi et al., 2024, Sheng et al., 2022, Yan et al., 2024）、植物来源的（Li et al., 2024b, Saengwilai et al., 2020）、工业来源的（Wang et al., 2022a, Yu et al., 2022）和混合来源的有机肥料（Qing et al., 2022, ?evik et al., 2018, Zhao et al., 2025）（图1a）。它们的组成特征
有机肥料对土壤环境因素的影响
有机肥料对土壤环境的影响主要通过调节土壤化学性质、改善土壤物理结构和改变土壤生物活性来实现（图2）。
有机肥料对镉生物可利用性的非生物调节
有机肥料主要通过两类非生物途径调节镉的生物可利用性：直接和间接机制（图3，图4）。直接机制依赖于有机肥料固有的官能团和活性成分，通过界面反应（包括物理吸附、离子交换、络合和沉淀）来固定镉。间接调节发生在有机肥料改变土壤pH值、CEC、Eh和聚集体结构时，这随后影响镉的分配和移动性。
有机肥料通过微生物介导的镉生物可利用性调节
微生物通过生物吸附、矿物沉淀和溶解以及氧化还原介导的镉分配变化来影响镉的生物可利用性（图5）。有机肥料提供有机碳、养分，在某些系统中还提供电子供体，支持这些过程。主要途径包括EPS介导的镉滞留、硫酸盐还原、磷酸盐的动员、微生物诱导的碳酸盐沉淀和铁循环。微生物过程和非生物反应对镉的相对贡献
有机肥料驱动的非生物和微生物过程之间的耦合
有机肥料的化学特征，包括pH值、有机碳、C/N比、P和S含量、官能团、矿物组成和可溶性盐，影响其对土壤条件和微生物底物供应的初始效果（Li et al., 2021a, Zhao et al., 2025）。施用后，这些性质可以改变土壤的pH值、Eh、CEC和结构（Chen et al., 2025a, Ernest et al., 2024）。同时，它们为微生物代谢提供碳和养分（Liu et al., 2025b）。
结论
有机肥料通过非生物反应和微生物介导的过程调节镉的生物可利用性。非生物方面，有机肥料通过两种途径固定镉。第一种是直接的界面反应，如吸附、络合、沉淀和离子交换。第二种是通过改变土壤pH值、CEC、Eh和土壤聚集体来间接调节。通过微生物过程，有机肥料提供必要的碳和养分。这些输入刺激了微生物介导的镉调节。
CRediT作者贡献声明
Chengmei Shang: 撰写 – 初稿撰写、可视化、正式分析、数据整理、验证。Guanhai Mo: 撰写 – 审阅与编辑、可视化、验证。Wentao Yang: 验证、监督、撰写 – 审阅与编辑。Xuexian Li: 撰写 – 审阅与编辑、验证。Pan Wu: 撰写 – 审阅与编辑、项目管理、资金获取、概念化。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Pan Wu报告称得到了贵州省高层次人才培养计划的财务支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢贵州省高层次人才培养计划（GCC [2023] 045）的财政支持。
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