近期，我院农田污染过程与生物修复团队曾清如教授、杨洋副教授在关于油料作物修复Cd污染土壤及污染生物质处理的研究中取得了一系列成果，分别在期刊Frontiers of Environmental Science & Engineering（IF2023=6.3）、Food Research International（IF2023=7.0）、Environmental Research（IF2023=8.3）和Journal of Hazardous Materials（IF2023=12.2）上发表研究论文5篇，授权国家发明专利1项，具体研究成果如下：

研究论文1：Screening and rotating winter and summer crops to effectively remediate Cd-contaminated agricultural land and ensure safe production

土壤Cd污染已成为全球关注的环境问题。传统的修复方法如化学和生物稳定化技术虽然有效，但由于高成本和难以大规模应用，限制了其广泛应用。该研究提出通过筛选冬夏作物与建立轮作模式的策略，旨在同时实现高效修复和安全生产。研究团队在湖南两处污染农田开展大田试验，首先筛选了10种冬季作物和12种夏季作物，评估其Cd富集能力及对土壤的净化效率。在此基础上，选择修复效率最佳的冬季作物（东南景天、菊苣）与夏季经济作物油葵构建三种轮作模式（东南景天+油葵、菊苣+油葵、亚麻+油葵），系统分析其修复能力、农产品安全性及经济效益。主要结果表明，东南景天和菊苣在冬季作物中表现出最强的Cd积累能力，油葵则在夏季作物中效果最佳。通过将这些作物组合成不同的轮作模式，菊苣+油葵轮作模式不仅在修复效率上表现最佳（减少土壤中8.9%的Cd含量），而且在经济效益上也优于其他模式，提供了安全的农业生产和有效的Cd污染修复解决方案。

图1筛选和轮作冬季与夏季作物以高效修复Cd污染的农田并确保安全生产

研究论文2：Analysis of the phytoremediation potential, rice safety, and economic benefits of light to moderate Cd-contaminated farmland in oilseed rape-rice rotation with straw removal: A three-year field trial

该研究针对中国粮食安全与农田Cd污染双重挑战，探讨油菜-水稻轮作结合秸秆移除对轻中度Cd污染农田的修复潜力、稻米安全及经济效益。通过三年田间试验，选取两种油菜（绿生一号、中油杂）与两种水稻（低镉品种湘晚籼、高镉品种天优华占）进行轮作组合，设置单作对照与四种轮作处理，分析土壤理化性质、Cd形态变化及作物Cd积累特征。研究采用结构方程模型（SEM）解析土壤养分（如总氮、有效磷）对有效态Cd（CaCl₂-Cd）的影响，计算植物提取效率（TPE）及成本收益比。主要结果表明，油菜与水稻的轮作显著降低了水稻中的Cd含量，尤其是在第二年，轮作系统的健康风险指数（HRI）低于1，符合食品安全标准。轮作过程中土壤总氮、有效磷与有效态Cd的关联性增强，同时轮作模式维持了水稻生物量，中油杂-湘晚籼轮作的TPE达4.88%，且成本收益比超1，兼具环保性与经济性。尽管第三年稻米镉含量回升，但仍显著低于初始水平。研究表明，合理品种组合的油菜-水稻轮作是轻中度镉污染农田可持续修复的有效策略。

图2 秸秆移除下油菜-水稻轮作修复轻度至中度镉污染农田的潜力、稻米安全性与经济效益分析：为期三年的田间试验

研究论文3：Synergistic effects of rhizosphere microbial communities and low molecular weight organic acids on Cd accumulation in Helianthus annuus L. in low-to-moderate cadmium-contaminated farmland

该研究旨在探究根际微生物群落与低分子有机酸对低至中度Cd污染农田中油葵（Helianthus annuus L.）Cd富集能力的协同调控作用，为植物修复技术优化提供理论支持。研究选取三个Cd污染农田种植油葵，分析土壤理化性质、油葵根际土壤及根内生菌群落结构、根际土壤有机酸与溶解性有机物，采用PCoA、Pearson/Spearman相关性分析及模型模拟（Visual MINTEQ）揭示驱动因子与作用机制。结果显示：油葵根际低分子有机酸协同促进根对Cd的吸收，其中酒石酸是对Cd吸收起主导作用的有机酸。其他低分子有机酸（包括草酸、乳酸和琥珀酸）的分泌导致磷酸盐的增溶作用增强，进而通过竞争作用间接影响Cd吸收。油葵根际细菌（特别是norank Acidobacteria Gp3）和根内生细菌（特别是norank Candidatus Saccharibacteria）在低分子有机酸和有效P的作用下进一步增强油葵根对Cd的吸收。在Cd污染的酸性农田土壤中，促进油葵根对Cd吸收的特定微生物的相对丰度高于碱性土壤。土壤pH对油葵根系内生细菌群落结构的影响大于土壤Cd浓度。此外，油葵籽油中重金属含量不超标。因此，碱性Cd污染土壤的修复效率较低，但仍可实现安全生产，而酸污染土壤的有效修复和安全生产可以同时实现。

图3 中轻度镉污染农田油葵根际微生物群落与低分子量有机酸对镉积累的协同效应

研究论文4：Novel sustainable extraction of vegetable oils with simultaneous heavy metal and anti-nutrient removal capability

基于全球范围内油料作物籽粒中重金属污染这一挑战。研究团队开发了一种创新的双相系统，包括甲醇、水和添加剂作为极性相，正己烷作为非极性相。该系统能够同时提取高质量的植物油并去除油籽中的重金属和抗营养物质。回收的双相系统可以重复使用，显著减少能耗和成本。研究的主要发现包括：1）双相系统所产植物油的产量与其他常用方法一致。2）在保持植物油质量符合国际安全标准的同时，达到了64.3%的最佳重金属去除率。3）显著降低了抗营养物质如硫苷（86.8%）和植酸（81.2%）的含量，从而提高了油粕的可用性。4）通过回收极性相82.7%和非极性相66.7%，确保了工艺的可持续运行，并可在后续过程中重复使用。本研究的主要意义在于将植物油提取与重金属和抗营养物质的去除结合起来，从而提供了一种可持续的解决方案，确保了油种及其副产品的安全利用。

图4 新型可持续植物油提取方法，具有同时去除重金属和抗营养物质的能力

研究论文5: Bioleaching of Cd from contaminated Helianthus annuus L. stalk and the safe utilization of its byproducts by Aspergillus niger

针对油葵生物质中Cd污染问题，本研究探讨了利用真菌Aspergillus niger（黑曲霉）进行生物浸出以去除Cd

污染的油葵秸秆中的Cd。研究结果表明，初始pH为3时对Cd的去除率优于蔗糖处理和接种量处理。根据响应面法优化条件(蔗糖：76.266 g L-1；接种量：10%；初始pH: 3)，黑曲霉处理油葵茎后，Cd的去除率达67.67%，而N、P、K浓度不受影响。然而，物化预处理在有效提高生物浸出效率的同时，也造成了P、K元素的大量损失，降低了生物质回收利用的价值。因此，不经预处理的黑曲霉直接浸出法更有利于Cd污染油葵茎的安全处理和回收。

图5 黑曲霉对污染油葵茎中Cd的生物去除及其副产物的安全利用

授权国家发明专利1项：杨洋, 张秋果, 曾馨怡, 曾春阳, 邹冬生, 曾清如. 一种利用黑曲霉去除污染生物质中镉的处理方法. 2025, 中国，ZL202211266119.4.

以上研究得到了国家自然科学基金联合基金项目（U20A20108）、国家自然科学基金青年项目（41701366）、湖南省自然科学基金青年基金项目（2020JJ5251）、湖南省教育厅优秀青年项目（23B0207）的资助。

作者简介

通讯作者：曾清如，男，博士，二级教授，博士研究生导师，长期从事农业环境污染修复方面的工作。主持国家自然科学基金项目3项、国家重点研发计划子课题2项、其他省部级课题10余项。已在国内外有影响的刊物上发表论文200多篇，其中SCI论文80余篇。获得授权国家发明专利10多项。主持的研究项目于2009年获湖南省自然科学三等奖，2015年参加的研究项目“重金属污染耕地农业风险防控与安全利用关键技术” 获湖南省科技进步二等奖”。

通讯作者：杨洋，女，博士，副教授，硕士生导师。湖南农业大学“神农学者青年英才Ⅰ层次”人才，长期从事农田土壤重金属污染修复与治理、修复后污染生物质的处理与资源化等方面的研究。近几年主持国家自然科学基金青年项目、国家自然科学基金项目联合基金项目子课题、湖南省自然科学基金青年项目、湖南省教育厅优秀青年项目、长沙市自然科学基金项目，参与多项国家重点研发计划项目及省级课题。在生态学报、Journal of Hazardous Materials、Industrial Crops and Products、Separation and Purification Technology、Chemical Engineering Journal、Food Chemistry、Food Research International等期刊上发表相关研究论文30余篇，授权国家发明专利4项。指导学生获得2023年湖南省“互联网+”大学生创新创业大赛二等奖。

第一作者：张秋果，2021级博士研究生，主要研究方向为土壤重金属污染的修复与治理以及污染生物质的处置及资源化。以第一作者在Journal of Hazardous Materials、Environmental Research和Environmental Pollution发表SCI论文3篇，授权专利1项。

第一作者：杨文俊，2021级博士研究生，主要研究方向为土壤重金属污染的修复与治理以及污染生物质的处置及资源化。以第一作者在Food Research International、Environmental Pollution和Frontiers of Environmental Science & Engineering发表SCI论文3篇。