镉（Cd）污染稻田土壤已成为威胁粮食安全和公众健康的全球性环境问题。据统计，我国耕地土壤镉点位超标率高达7.0%，引发多起“镉大米”事件。传统钝化修复技术虽能降低镉的生物有效性，但无法彻底清除土壤中的总镉，且存在二次污染风险。针对这一难题，本研究团队提出了一种基于硫酸盐还原菌（SRB）和硫氧化菌（SOB）协同作用的“水稻-龙葵”轮作体系，实现了稻米安全生产与土壤镉去除的双重目标，为中国长江流域及全球水旱轮作区镉污染农田修复提供创新解决方案（图1）。
在水稻季，淹水条件下，向稻田土壤中添加SRB和缓释碳源载体。缓释碳源载体不仅为微生物提供增殖空间，还加速根际微域向强还原态转化，更通过电子传递促进典型土著SRB（Clostridium）成为优势菌群，相对丰度提升23%~36%。Clostridium通过硫镉共沉淀、镉吸收途径竞争及诱导根表铁膜增厚三重机制，将土壤有效态镉降低37%，阻止镉从土壤转移到水稻中，使水稻籽粒、谷壳、茎叶、根中的镉积累量分别降低71%、77%、80%、67%（图2）。旱季轮作超富集植物龙葵时，接种土著SOB菌群（以Sulfobacillus为主，占比82%），通过硫氧化作用降低土壤pH，提升生物有效态镉含量，最终使植物镉提取效率较对照组提高9~42%。“水稻-龙葵”轮作模式以SRB和SOB介导的硫循环为核心，在保障水稻安全生产的同时实现土壤镉总量去除，突破了传统修复技术仅固化不去除的局限（图3），预期具有显著经济环境效益。
该研究以“Effect and mechanism of Rice-Solanum nigrum L. rotation system inoculated with sulfate-reducing bacteria (SRB) and sulfur-oxidizing bacteria (SOB) for the remediation of Cd-contaminated paddy soil”为题发表在环境科学与生态学领域1区TOP期刊Journal of Hazardous Materials上（IF=11.3），相关微生物及缓释碳源载体均已申请中国发明专利。张丹助理研究员为论文第一作者，谢翼飞副研究员为论文通讯作者，论文的共同作者包括已毕业的联合培养硕士龚屹鹏，成都生物所在读硕士生秦瑞、SHAH ZAIB、尚科宇、夏佳，科研助理周丽亭。本研究工作得到了中国科学院战略生物资源服务网络计划生物资源衍生库项目（KFJ-BRP-009-004）、四川省科技项目（2025ZNSFSC1225）、成都市科技项目（2023-JB00-00005- SN）的支持。
原文链接：https://authors.elsevier.com/c/1lbig15DSlZKvM
图1 研究摘要图
图2 水稻季SRB和缓释碳源降低土壤镉生物可利用性并阻控水稻吸收镉
图3 接种SRB和SOB的水稻-龙葵轮作系统修复镉污染土壤的效果及机制