《Journal of Hazardous Materials》：Effects of a microbial composite amendment and ryegrass on multi-metal(loid) stabilization and nutrient cycling functional potential in smelting-contaminated soil
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●一项为期300天的田间试验评估了修复剂与黑麦草协同修复的效果。●联合处理使铅（Pb）、镉（Cd）和锌（Zn）的生物有效性降低了42–52%。●砷（As）的淋溶量降至0.017 mg L?1，并伴随铁-锰氧化物的结合增强。●金属的固定作用与微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）、沸
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一项为期300天的田间试验评估了修复剂与黑麦草协同修复的效果。
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联合处理使铅（Pb）、镉（Cd）和锌（Zn）的生物有效性降低了42–52%。
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砷（As）的淋溶量降至0.017 mg L?1，并伴随铁-锰氧化物的结合增强。
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金属的固定作用与微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）、沸石以及Fe/EPS的结合相关。
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联合处理提高了微生物生物量碳含量（MBC）和酶活性，并使基因谱发生转变。
引言
有色冶炼为工业发展提供了支撑，但其同时在周边土壤中造成了持久的多金属（类金属）污染，对环境安全和人体健康构成长期风险[1]。金属粉尘的大气沉降以及废渣的不当处置可导致有毒金属和类金属在冶炼影响土壤中共同累积，其中包括砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）、锌（Zn）和铬（Cr）（Li et al., 2024; Luo et al., 2023; Zeng et al., 2022）。这些污染物可通过土壤、植物和人体迁移，在农作物中累积，并对当地人群产生非致癌和致癌风险[2]。因此，开发既能在田间适用、降低金属迁移风险、又能维持土壤生物化学功能的修复策略，对于冶炼污染土地的可持续管理具有重要意义。
基于植物的修复和微生物修复剂是金属污染土壤的两类主要生物修复策略。植被恢复可以降低金属的迁移，改善土壤覆盖，并促进冶炼场地生态服务的恢复[3]。黑麦草（Lolium perenne L.）由于其耐受力强、生长迅速以及在金属胁迫下的适应性而被广泛使用；既往研究表明，在金属污染土壤修复中，它可以与不同的生物或物料修复剂协同作用（Li et al., 2024; Lu et al., 2025; Qin et al., 2025; Zhang et al., 2017）。微生物修复剂可通过吸附、生物矿化、氧化还原转化以及根际调节等方式固定金属[4]、[5]、[6]。对于复合污染土壤，功能菌群往往比单一菌株更为适宜，因为它们提供了多种金属固定途径，并在田间条件下具有更好的持久性[7]、[8]。
生物修复的评估通常依据金属去除率、金属固定化和植物生长情况进行，而较少关注土壤养分循环。重金属胁迫会抑制微生物代谢、重塑微生物群落并扰乱物质循环，从而削弱土壤的生态功能[9]、[10]。土壤微生物介导着关键的养分循环过程，养分有效性和植物吸收的变化与相应微生物功能基因丰度和组成密切相关[11]、[12]、[13]。在复合金属胁迫下，参与氮素转化和硫素氧化还原过程的基因可能被抑制，从而限制养分周转和微生物碳同化[14]、[15]、[16]。本研究所用修复剂由一种包含Ochrobactrum sp. EEELCW01和Sporosarcina pasteurii的细菌菌群、含CaCl?和尿素的沉淀溶液以及沸石组成。S. pasteurii可通过碳酸盐沉淀固定阳离子金属[17]，而Ochrobactrum sp. EEELCW01可促进铁介导的砷稳定化[18]、[19]。先前的实验室共培养研究表明，这两个菌株可通过互补的碳酸盐和铁介导的矿化途径同时固定铅、镉和砷[20]。后续配方筛选为在田间条件下进行进一步评估的完整修复剂的选择提供了依据。
然而，这种修复方法此前尚未在田间条件下进行评估[21]，其在陈化多金属（类金属）污染土壤中长期的稳定化性能及相关机制仍不明确[22]、[23]。此外，在同时受铅、镉、锌和砷污染的冶炼土壤中，共存阳离子金属与砷的同时稳定化仍然具有挑战性[24]。修复评估也主要关注金属迁移性、生物有效性和植物累积，而较少关注土壤养分和酶活性[25]；对金属赋存形态以及C、N、P、S循环功能基因谱的综合田间评估仍然稀缺[26]。
我们在一个铅锌冶炼污染场地开展了一项为期300天的原位田间实验。共设置四种处理：未处理对照（CK）、微生物复合修复剂（M）、黑麦草种植（P）以及微生物复合修复剂联合黑麦草种植（MP）。本研究中，先前优化得到的微生物复合修复剂被单独及与黑麦草联合应用于实际冶炼污染田间。其田间效果依据金属淋溶量、生物有效性和化学赋存形态进行评估，同时考察相关土壤生物化学性质、酶活性、细菌群落以及C、N、P、S循环功能基因谱的变化。本研究为该微生物复合修复剂在多金属（类金属）污染冶炼土壤中的田间尺度评估提供了依据。
章节片段
材料来源与实验设计
田间实验在中国株洲一处铅锌冶炼污染场地进行。土壤表面沉积有炉渣和尾矿，未加覆膜或封盖。长期风化导致该场地金属污染严重。土壤采样、保存和制备遵循HJ/T 166-2004和GB/T 32722-2016标准。
共设置四种处理：CK处理、M处理、P处理、MP处理。每种处理设三个重复。黑麦草（Lolium perenne L.）被均匀播种。
重金属的稳定化效果
修复后，铅、锌和砷的淋溶浓度显著下降，且低于IV类地下水质量标准限值（Pb：0.10 mg L?1；As：0.05 mg L?1；Zn：1.00 mg L?1；图1A）。镉的淋溶量仍高于0.005 mg L?1的IV类限值，但在所有修复处理中均显著低于CK（p < 0.05）。与CK相比，黑麦草种植（P处理）和微生物复合修复剂（M处理）均显著降低了铅的淋溶浓度，
铅、镉、锌和砷的稳定化机制
田间结果表明，微生物复合修复剂与黑麦草均有助于降低多金属迁移风险。二者联合应用在砷淋溶控制方面表现出最明显的响应（图1A）。类似研究表明，微生物菌群、矿物修复剂以及基于黑麦草的系统均可降低多金属污染土壤中的金属生物有效性（Liu et al., 2026; Wu et al., 2024）。本研究通过对比M、P和MP处理进一步拓展了上述结论，
结论
本研究表明，在冶炼污染土壤中，微生物复合修复剂与黑麦草的联合应用可以同步降低多金属（类金属）迁移性，并改变土壤生物化学性质与养分循环功能潜力。微生物修复剂通过矿化、吸附以及Fe/EPS相关的结合作用贡献于金属稳定化。联合处理伴随微生物生物量和酶活性的提升，以及
研究意义声明
冶炼污染土壤通过铅、镉、砷、锌的迁移以及土壤养分循环的破坏，构成持久风险。本田间研究表明，微生物复合修复剂与黑麦草的联合应用既能降低金属淋溶风险，又能提升微生物生物量、酶活性及养分循环基因响应。这些发现支持了一种兼顾金属风险控制与土壤养分循环的修复评估框架，为现场提供了
稿件撰写过程中生成式AI与AI辅助技术的声明
在本工作准备过程中，作者使用ChatGPT协助图形摘要的版式优化以及文稿语言润色。使用此工具后，作者独立审阅、编辑并手动完成了图形摘要与文稿内容的撰写（视需要而定），并对所发表文章的内容承担全部责任。
未引用参考文献
[62]、[63]、[64]、[65]、[66]、[67]、[68]、[69]、[70]、[71]、[72]、[73]、[74]
CRediT作者贡献声明
陈希文（Xiwen Chen）：文稿撰写—审阅与编辑、原始文稿撰写、可视化、方法学、数据整理。李伟勤（Waichin Li）：文稿撰写—审阅与编辑。薛生国（Shengguo Xue）：监督、资源、方法学。吴传（Chuan Wu）：文稿撰写—审阅与编辑、监督、资源、方法学、基金获取、概念构思。陈鸿人（Hongren Chen）：原始文稿撰写、方法学、调查、数据整理。黄亚元（Yayuan Huang）：文稿撰写—审阅与编辑、可视化、调查。王雨涵（Yuhan Wang）：可视化，
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些情况可能影响本文所报告的工作。
致谢
本工作得到中国湖南省杰出青年自然科学基金（2023JJ10063）、国家自然科学基金（编号42177392）以及湖南省重点研发计划（2026QK3061）的资助。
陈希文|陈鸿人|黄亚元|王雨涵|李伟勤|薛生国|吴传
