《Applied Soil Ecology》：Synergistic remediation of cadmium-contaminated soil by biochar-loaded nanoscale zerovalent iron and
Eisenia fetida: Shifting bacterial communities from cadmium tolerance to metabolic resilience
编辑推荐：
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BC-Eisenia fetida 可部分恢复敏感细菌，但未能逆转降解现象。
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BC-Eisenia fetida 可部分恢复敏感细菌，但未能逆转降解现象。
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nZVI@BC-Eisenia fetida 使受镉污染的细菌恢复到功能正常状态。
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nZVI@BC-Eisenia fetida 提高了细菌的多样性和稳定性。
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放线菌 和 绿弯菌 被确定为关键生物标志物。
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nZVI@BC-Eisenia fetida 重新塑造了代谢网络，增强了能量途径。
引言
工业化的加速和过量的农业投入导致土壤中重金属的持续积累，严重威胁到了动物、植物和微生物的生存（Deng et al., 2022; Wen et al., 2022; Tian et al., 2025）。Hou et al.（2025）的研究表明，全球14-17%的农业土壤受到重金属污染，其中镉、镍和铬是最常见的污染物，对人类健康和生态系统安全构成严重威胁。
近年来，土壤重金属修复技术取得了快速进展。原位固化技术因其成本低、效率高、操作简单而成为核心修复方法（Song et al., 2022b）。其中，生物炭（BC）因其分级孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面官能团而受到广泛关注，大量研究表明它具有降低重金属生物可利用性的能力（Zhan et al., 2025; Palansooriya et al., 2022）。然而，考虑到原始生物炭的局限性（如孔结构不足和缺乏特定官能团），人们开发了大量改性生物炭以提升其修复性能（Gong et al., 2022; Zheng et al., 2023）。基于生物炭的纳米复合材料作为扩展生物炭和纳米技术应用的重要方向而出现。纳米零价铁（nZVI）凭借其高反应性、大表面积和独特的核壳结构，能有效吸附、转化和富集重金属（Hou et al., 2024; Shen et al., 2025）。不过，其应用受到易团聚、易氧化和分散性差等问题的制约。负载纳米零价铁的生物炭（nZVI@BC）可以实现双重优化：生物炭载体改善了nZVI的分散性并增强了抗氧化性，表面官能修饰提高了选择性金属吸附能力，同时复合材料保留了磁性便于回收。nZVI@BC不仅整合了两者的优点，还弥补了各自的缺点，从而拓宽了应用范围（Wang et al., 2019a, Wang et al., 2019b; Liang et al., 2022）。我们之前的研究也证实，与原始生物炭相比，nZVI@BC在修复铜、锌、砷和铅污染的土壤方面表现出更优的固定效率（Song et al., 2022a; Song et al., 2022b）。
尽管改性生物炭的性能有所提升，但其单独用于土壤修复仍存在局限性：在土壤中迁移能力较弱，老化后可能释放固定的重金属，长期稳定性不足。为克服这些限制，引入蚯蚓等生物剂成为一种有前景的策略（Ran et al., 2023; Wang et al., 2024）。蚯蚓作为土壤中的主要无脊椎动物，对金属具有较高的耐受性，通过皮肤接触和摄取 actively 积累重金属，并通过分泌物、酶及相关微生物改变金属形态（Hattab et al., 2023; Garau et al., 2022）。它们的掘洞和摄食行为增强了生物炭在土壤层间的扩散，扩大了生物炭与金属的相互作用界面。蚯蚓的这种生物扰动进一步提高了生物炭或改性生物炭在土壤中的分散性和反应效率。同时，nZVI@BC的加入创造了有利的微生境，减轻了蚯蚓体内的重金属引起的氧化压力。此外，蚯蚓粪便与生物炭的结合形成了有机-无机复合体，显著降低了金属的迁移性（Huang et al., 2020; Wang et al., 2024）。Boughattas等人（2025）发现，生物炭-蚯蚓联用处理降低了土壤中活性重金属的比例，增加了稳定残留物的比例，固定效果优于单独使用生物炭。此外，这种组合还改善了土壤性质，进一步增强了土壤修复效果。Su等人（2021）的研究表明，铈-锰改性的生物炭（MBC）与蚯蚓结合使用，在60天内可使水溶性砷含量降低77.59%，大大减少了砷的迁移性和环境风险，效果优于单独使用MBC或蚯蚓。我们之前的研究也证实，nZVI@BC与蚯蚓联用在修复镉污染土壤方面具有高效性（Song et al., 2024a），为重金属污染土壤提供了高效且环保的解决方案，体现了生物（蚯蚓介导）和非生物（基于生物炭）成分的协同作用。
目前关于这种协同修复的研究主要集中在污染物去除效率上，很少有研究系统探索土壤微生物群落的变化。鉴于微生物群落是生态系统功能的关键驱动因素，微生物网络的稳定性是衡量土壤健康状况的重要指标（Fierer et al., 2021）。Hou等人（2023）的研究表明，蚯蚓和生物炭在多环芳烃（PAHs）污染土壤中的协同修复能够激活功能性微生物群，从而促进PAHs的降解。因此，在使用nZVI@BC与蚯蚓联合修复重金属污染土壤的过程中，作为土壤生态系统的重要组成部分，土壤微生物预计会表现出显著的动态响应。因此，研究土壤微生物群落的响应对于全面深入理解协同修复过程和机制至关重要。
总之，本研究应用BC或nZVI@BC与蚯蚓（Eisenia fetida）联合修复镉污染的土壤。与仅分析细菌多样性和组成的先前研究不同，本研究采用了五维综合分析方法，包括物种组成、多样性分析、物种共现网络以及代谢途径富集和差异分析，将细菌群落结构的变化与潜在功能变化紧密联系起来，系统深入地揭示了土壤细菌对协同修复的响应。因此，本研究为理解使用BC或nZVI@BC与蚯蚓协同修复重金属污染土壤的微生物响应提供了理论基础，对土壤健康和可持续利用具有重要的启示意义。
章节片段
化学物质和材料
所用化学试剂均为分析纯度。土壤样本取自山东农业大学实验站（36°09 ‘N, 117°09 ‘E）的表层土壤（0–20 cm），并通过10目筛网处理后备用。土壤的物理和化学性质见表S1。
材料的制备基于我们之前的研究（Song et al., 2022a; Song et al., 2024a; Song et al., 2024b）。简要来说，玉米秸秆被粉碎后用去离子水洗涤...
结果与讨论
在去除引物、进行质量过滤和去噪处理后，从所有样本中获得了2,790,463个有效序列，平均每个样本116,269个有效序列。经过剪接和去嵌合处理后，共产生了1,938,824个高质量序列，平均每个样本80,784个高质量序列，序列长度为416 bp。CK、Cd、Tl和T2组中的平均细菌咨询基因（ASVs）数量分别为7,816、8,012、7,652和6,889，详见表S3。
结论
本研究探讨了土壤细菌对BC或nZVI@BC与蚯蚓协同修复镉污染土壤的响应。结果表明，镉污染选择性地富集了耐镉的细菌门（如放线菌）和优势属（如Solirubrobacter和Blastococcus），同时显著抑制了敏感细菌门（如变形菌），从而破坏了细菌群落的稳定性。BC-Eisenia fetida部分缓解了镉的压力，但未能...
CRediT 作者贡献声明
Peipei Song: 撰写——审稿与编辑，原始草稿撰写，资源提供，方法学设计，研究实施，资金获取，概念构思。 Xiaoyu Gao: 验证数据，研究实施，数据管理。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益和个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了山东省自然科学基金[ZR2026QB64, ZR2025MS518]和国家自然科学基金[42177069, 41807125]的支持。
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