隨著工業(yè)化和農(nóng)業(yè)活動的持續(xù)擴張，重金屬鎘和鉛對水體和土壤的污染已演變?yōu)橐豁棁谰娜蛐原h(huán)境挑戰(zhàn)。這些有毒金屬不僅具有環(huán)境持久性和高生物毒性，更易通過食物鏈富集，嚴重威脅生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與農(nóng)產(chǎn)品安全。在眾多綠色、可持續(xù)的原位生物修復(fù)技術(shù)中，微生物誘導(dǎo)碳酸鹽沉淀技術(shù)(MICP)因其環(huán)境友好、成本相對較低且能實現(xiàn)長效穩(wěn)定等優(yōu)勢而備受關(guān)注。由于實際污染場地中鎘、鉛等重金屬往往同時存在，它們之間可能產(chǎn)生協(xié)同、拮抗或競爭抑制等復(fù)雜的交互作用，這些相互作用會深刻影響微生物的活性、礦化效率以及最終修復(fù)效果的穩(wěn)定性。若忽視這一復(fù)雜情境，僅基于單一污染體系優(yōu)化的技術(shù)在實際應(yīng)用中難免會“水土不服”。因此，深入探索MICP技術(shù)在鎘-鉛復(fù)合污染條件下的作用效率與微觀機制，對于精準治理復(fù)雜污染場地具有至關(guān)重要的現(xiàn)實意義。

該研究從粵北典型污染土壤中成功篩選出兩種本地礦化細菌——巴氏芽孢桿菌和蠟樣芽孢桿菌，并與商業(yè)菌株進行了系統(tǒng)性對比。研究結(jié)果表明，在低濃度污染條件下(鎘0.5-4.0 mg/L，鉛100-200 mg/L)，這兩種本土菌株對鎘和鉛的固定化效率均超過了98%，表現(xiàn)極為高效。即使在較高濃度(如鎘8 mg/L)下，本土巴氏芽孢桿菌仍能保持96%的固化效率，展現(xiàn)出卓越的耐受性。在鎘鉛復(fù)合污染的環(huán)境中，金屬之間存在競爭抑制現(xiàn)象。鉛由于其更強的結(jié)合親和力，往往在固定化過程中占據(jù)主導(dǎo)地位。礦化細菌誘導(dǎo)形成了富含鎘或鉛的碳酸鹽礦物沉淀，這是固化重金屬的關(guān)鍵機制。從污染地本土篩選的菌株比外源商業(yè)菌株具有更強的環(huán)境適應(yīng)性和重金屬固化能力，它們能更快地啟動礦化過程，形成更穩(wěn)定的礦物結(jié)構(gòu)，為原位生物修復(fù)提供了優(yōu)越的“種子”資源。這項工作不僅從機理上深化了我們對微生物礦化過程的理解，更重要的是，它為實際修復(fù)重金屬污染的水體和土壤提供了一種高效、低成本且環(huán)境友好的解決方案。

相關(guān)研究成果近期以“The Role of Mineralization Bacteria in the Immobilization of Cadmium and Lead in Aqueous Solutions”為題發(fā)表在國際環(huán)境領(lǐng)域權(quán)威期刊Journal of Hazardous Materials(《有害物質(zhì)雜志》)(IF5-years=12.4)上。與此同時，科研團隊同步證實了從污染土壤提取的本土礦化菌對實際鎘鉛復(fù)合污染農(nóng)田土壤具有高效的修復(fù)效果，此成果發(fā)表于中文核心期刊《生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報》上。中國科學(xué)院華南植物園博士后Ismail Khan和碩士研究員尚麗分別為第一作者，莊萍副研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和廣東省自然科學(xué)基金等項目的支持。

圖1. 礦化菌通過生物礦化“捕獲”水中重金屬

圖2. 本土礦化菌菌株的馴化過程和最佳培養(yǎng)條件篩選