近日，我站青年骨干教师韩智光博士在国际权威期刊《Journal of Hazardous Materials》发表重要研究成果，提出一种基于微生物与纳米材料协同作用的镉污染土壤修复新技术。该技术通过巴氏芽孢杆菌（Sporosarcina pasteurii）与二氧化硅纳米颗粒（SiO₂ NPs）的联合应用，在黄河滩区潮土中实现了镉的高效固定，同时保障了冬小麦的安全生产，为全球镉污染农田修复提供了新思路。
微生物-纳米协同：镉固定效率提升47%
研究团队在河南大学桃花峪黄河滩区生态观测站开展了为期10个月的田间中试实验，对比了三种修复策略：巴氏芽孢杆菌单独处理（BN）、SiO₂纳米颗粒单独处理（M）及二者联合处理（BN+M）。结果显示，联合处理对土壤中生物有效性最高的交换态镉（Exc-Cd）去除率达47%，显著优于单一处理（BN：39%，M：36%）。更重要的是，联合处理使小麦籽粒镉含量降至0.08 mg/kg，较对照降低50%，远低于中国《食品安全国家标准》（0.10 mg/kg）。
破解纳米毒性难题，实现生态安全修复
传统纳米材料修复常伴随植物毒性风险。本研究发现，SiO₂ NPs单独处理导致小麦株高降低22%、地上生物量减少34%，而联合巴氏芽孢杆菌后，毒性显著缓解（生物量降幅缩小至20%），且籽粒产量未受影响。这得益于细菌分泌的胞外聚合物（EPS）包裹纳米颗粒，减少其团聚和氧化应激，同时通过尿素水解提供氮源，改善土壤养分供应。
重塑土壤微生态，提升长期修复潜力
巴氏芽孢杆菌不仅通过MICP过程将镉转化为稳定的碳酸盐矿物（如CdCO₃），还显著改变土壤微生物群落结构：放线菌门（Actinobacteriota）和芽单胞菌门（Gemmatimonadota）丰度增加，溶杆菌属（Lysobacter）等生物防治菌富集，脲酶活性最高提升177%。这些变化与镉形态转化密切相关，为长期修复提供了微生物学保障。
应用前景：从实验室到田间的跨越
该技术创新性地将微生物诱导矿化与纳米吸附结合，既发挥了MICP的长效稳定性，又利用纳米材料的快速吸附优势。研究负责人郑俊强教授指出：“这项成果为镉污染潮土的原位修复提供了‘绿色解决方案’，尤其适用于黄河滩区等粮食主产区。下一步将优化剂量配比，开展多作物轮作下的长期稳定性验证。”该团队的硕士生王靖和尚培源，以及中国水电水利研究院的肖建章博士参与了此项研究。本研究得到国家自然科学基金（42577564）和河南省自然科学基金（242300421039）支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.141870
