突破性生物技术：巴氏芽孢杆菌发酵液引领镉污染土壤修复新革命

——MICP技术为黄河滩区农田安全保驾护航

在全球土壤重金属污染日益严峻的背景下，河南大学郑俊强教授科研团队与张建伟教授团队联合研究发表最新研究成果为镉污染土壤修复带来了曙光。他们开发的微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）技术，通过巴氏芽孢杆菌（Bacillus pasteurii）发酵液接种策略，实现了镉污染土壤的高效修复，为农业可持续发展提供了突破性解决方案。

核心技术：发酵液接种策略实现四重突破

研究团队创新性地对比了两种接种方式的修复效果：

· 发酵液（BNfb）：直接使用含高活性 urease 的24小时发酵产物，可快速启动镉固定反应

· 离心菌悬液（Bcs）：经离心纯化的菌体悬浮液，依赖土壤中营养物质重新激活

实验数据显示，BNfb策略表现出显著优势：在1-20 mg/kg的镉污染梯度下，可使土壤中交换态镉（Exc-Cd）降低26.07-41.84%，同时碳酸盐结合态镉（Carb-Cd）提升36.13-49.90%，且效果稳定性远优于Bcs处理（p<0.01）。

黄金剂量：2.58×10¹⁰ cells/200g土壤的精准修复

经过多梯度实验优化，团队确定每200g镉污染土壤施用6mL巴氏芽孢杆菌发酵液（约含2.58×10¹⁰个活性细胞）为最佳剂量。该剂量下：

· 土壤脲酶活性提升超135%（p<0.001）

· 关键碳循环酶活性显著增强：β-N-乙酰葡萄糖苷酶（NAG）+135.92%、β-木糖苷酶（BX）+48.30%、β-葡萄糖苷酶（BG）+19.57%

· 小麦叶绿素（SPAD值）和全氮含量显著提高，有效缓解镉胁迫

生态效益：重塑土壤微生态系统

高通量测序结果揭示，BNfb处理显著优化了土壤微生物群落结构：

· 功能菌群富集：鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas）、芽孢杆菌（Bacillus）和溶杆菌（Lysobacter）等镉耐受菌相对丰度提升

· 代谢功能强化： chemoheterotrophic细菌和几丁质分解菌占比增加，促进碳氮循环与镉固定

· 群落均匀度改善：虽然α多样性略有降低（Chao1和Shannon指数，p<0.05），但群落均匀度显著提高，生态稳定性增强

应用前景：从实验室到田间的绿色技术

该技术特别适用于黄河滩区等镉污染典型区域（研究显示该区域土壤镉含量已达1.0-1.5 mg/kg，远超农业用地风险筛选值0.6 mg/kg）。相比传统修复方法，MICP技术具有：

· 环境友好性：无需化学药剂，通过生物矿化实现镉的永久固定

· 成本效益优势：发酵液制备工艺简单，可现场规模化生产

· 协同增效作用：同步改善土壤肥力，提升作物产量与品质

未来展望

研究团队建议下一步重点探索：

1. 微生物联合体与添加剂协同提升脲酶活性的技术方案

2. 氨捕获策略以提高氮素利用效率

3. 田间尺度的经济可行性与环境风险评估

这项发表于Springer Nature旗下期刊的研究成果（DOI: 10.1007/s11440-025-02915-1），为镉污染农田的绿色修复提供了科学依据和技术支撑，有望成为我国耕地质量保护与粮食安全保障的重要技术手段。

（注：本研究得到国家自然科学基金（42177454, 42273084）和河南省自然科学基金（242300421039）资助，我站青年骨干教师韩智光博士和硕士生王靖为共同第一作者，兰州大学与北京大学联合培养的博士生桂浩然参与了此项研究）