导言

全国土壤污染类型以无机型为主，有机型次之，土壤总超标率为16.1%，其中无机污染物超标数占全部超标点位的82.8%。随着养殖业规模化发展，四环素（Tetracycline, TC）类抗生素因抑菌效果显著被广泛用于疾病防控，铜（Cu）作为促生长添加剂、镉（Cd）因工业排放与肥料杂质输入，通过粪污还田、污水灌溉等途径进入土壤，形成持久性与复杂性并存的复合污染体系。TC在土壤中易与重金属离子形成络合物，改变污染物赋存形态与生物有效性。小球藻因生长速率快、环境适应性强，且细胞表面富含羧基、羟基等官能团，可通过胞外聚合物络合吸附重金属、胞内富集协同去除重金属，并借助代谢转化降解TC。

然而，小球藻对抗生素-重金属复合污染土壤的修复研究仍较匮乏，尤其对抗生素-重金属的复合污染的差异化响应机制尚未明确。

基于此，本文系统梳理土壤中重金属-抗生素复合污染的环境效应与消减研究进展，重点综述小球藻在土壤复合污染修复中的应用现状与作用机理，为复合污染土壤的绿色生物修复提供理论支撑与技术参考。

1 土壤中重金属—抗生素复合污染环境效应分析

土壤重金属与抗生素复合污染已成为国内外农田生态系统中普遍存在且危害突出的环境问题。抗生素和重金属同时作为饲料添加剂应用于畜牧业，以欧美集约化农田和东南亚水产养殖区周边农田为典型，因长期施用含重金属的畜禽粪肥，土壤中Cu、Zn与TC类、氟喹诺酮类抗生素同步累积。我国核心污染源集中于畜禽粪肥还田、污水灌溉及农药滥用，长江三角洲城郊农田、江西长期施用粪肥的稻田等区域均频繁检出Cu、Zn、Cd等重金属与TC类抗生素的复合残留，部分稻田土壤中TC最大残留量达40.6 μg/kg，Cu含量高达184.61 mg/kg。

残留于土壤中的抗生素和重金属可发生络合作用，对植物的毒害作用产生协同、加和或拮抗等效应。赵祥等研究发现TC与Cu形成的络合物可降低对植物细胞遗传物质的损伤程度，在二者浓度比为1:4时拮抗效应最为明显。而周季妮等通过水培实验发现TC与Cd在高浓度复合污染胁迫下会协同抑制水稻植株生长。因此，不同重金属与TC的复合效应具有显著的元素特异性，其差异源于络合物稳定性、生物有效性及植物-土壤系统响应机制的异质性。

此外，ARGs的传播可通过多种途径实现，重金属是其中的重要影响因素。重金属具有与抗生素相似的耐药机制，可通过共耐性、交叉耐性和共调控作用对ARGs施加选择性压力。Knapp等研究表明多种ARGs与Cu水平呈正相关性。De la Iglesia等发现抗生素和重金属污染的浓度与ARGs丰度显著相关，两者共同存在时可能增加ARGs丰度。因此推测重金属和抗生素复合污染会起到协同选择的作用。

2 土壤中重金属—抗生素复合污染消减研究进展

土壤重金属与抗生素复合污染对农田生态安全和农产品质量构成严重威胁，国内外已发展了多种修复技术。物理修复中，吸附法因操作简便、成本可控且能同步捕获重金属离子与抗生素分子，成为应用最广泛的核心技术之一。Fan等利用复合材料对Cu²⁺与TC进行修复，最大吸附容量分别达128.3 mg/g和86.7 mg/g。

化学-材料协同修复技术中，生物炭及改性复合材料表现突出。在TC与Cu复合污染土壤的生菜盆栽试验中，施用改性谷子秸秆生物炭可使生菜地上部TC和Cu含量分别降低92.32%和36.47%，地下部分别降低55.64%和42.29%，同时减少土壤中ARGs丰度。

微生物修复因环境友好、成本低廉且能同步削减污染物与ARGs，在土壤复合污染治理中展现独特优势。巩等研发的草螺菌-菌糠生物炭复合材料，在15℃低温条件下可高效稳定养殖场地土壤中Cu、Zn，同时通过开环、脱氨基等作用降解土霉素，已成功应用于辽宁鞍山岫岩县修复示范，显著降低土壤ARGs丰度并改善微生态结构。该技术印证了微生物修复兼具污染物去除与土壤功能恢复的双重价值。然而，现有研究多聚焦单一菌株或特定污染场景，对复合污染下微生物协同机制、环境适应性调控及长期稳定性等关键问题探讨不足，缺乏多区域、大尺度应用验证，因此还需进一步开展微生物修复复合污染土壤的研究。

3 小球藻对土壤中重金属 – 抗生素复合污染消减研究进展

小球藻因生长速率快、环境适应性强及资源化潜力突出，已成为污染修复领域的研究热点。在处理污水方面，Ji等表明小球藻对磺胺嘧啶与Cu的协同去除效果显著，混合营养模式较光合自养可使磺胺嘧啶去除率提高近1倍，Cu去除率增加近3倍。为提升修复效能，基于小球藻的复合修复体系成为研究重点。韦静等构建的小球藻-内生细菌-灵芝菌共培体系，对沼液中TC去除率达83.92%，同时高效同步去除Cu、Zn及氮磷营养物质。固定化技术进一步破解了小球藻易流失、难回收的瓶颈，Wu等开发的固定化粪产碱菌-小球藻联用体系，对含重金属的医疗及养殖尾水中TC去除率高达99.0%，总有机碳去除率超79.0%。

小球藻在土壤重金属与TC复合污染修复中也展现出一定潜力。Xuan等研究表明，小球藻可通过胞外吸附与形态转化作用降低土壤重金属生物有效性，小球藻基生物炭施用于Cd污染土壤可使交换态Cd含量降低45%。在复合污染场景中，TC可调控小球藻对重金属的富集模式，通过增加Cu、Zn的胞外吸附占比，提升Cu去除率至43.5%，同时缓解重金属对藻细胞的毒性。

然而，当前小球藻在土壤重金属与抗生素复合污染消减领域的研究仍较为匮乏，现有成果多集中于水体环境或单一污染物修复，针对土壤复杂介质的系统研究明显不足。尽管已有研究证实小球藻可通过胞外吸附与形态转化降低土壤重金属生物有效性，且在水体中能协同去除抗生素与重金属，但土壤中复合污染条件下，小球藻对TC类、磺胺类等抗生素的实际去除率，以及对Cu、Cd等重金属的去除效率仍研究较少。同时，土壤复合污染易通过改变污染物迁移转化特性影响ARGs丰度，而小球藻修复过程中对土壤ARGs的调控作用、潜在机制及长期环境风险，尚未得到深入探究。

4 小球藻对土壤中重金属 – 抗生素复合污染消减机理研究

4.1 小球藻对污染物的直接去除机制

小球藻对重金属与TC复合污染的去除机制主要包括胞外吸附、胞内富集与代谢转化三方面。其细胞表面富含羧基、羟基等官能团，可通过胞外聚合物络合吸附重金属，同时借助代谢转化降解TC。TC可通过改变小球藻对重金属的富集模式，将Cu、Zn的胞外吸附占比显著提升，从而提高重金属去除率，同时缓解重金属对藻细胞的毒性胁迫。此外，小球藻在生长过程中会向周围环境分泌胞外有机物，在模拟日光下能显著加快氯TC的光降解速率，因此在土壤体系中，小球藻分泌的胞外有机物或许也能通过类似机制促进TC的光解。

4.2 小球藻对土壤理化性质与酶活性的调控

小球藻可通过改善土壤微环境间接促进污染物消减。研究表明，小球藻能使土壤pH升高，通过减少重金属水解酸化以及中和TC降解产酸提高土壤酸碱度；同时可显著降低受污染土壤的电导率，缓解盐分累积胁迫。此外，小球藻自身富含营养元素，在生长过程中通过光合作用固定二氧化碳，增加土壤有机质含量，并促进微生物生长繁殖，形成良性循环。在土壤酶活性调控方面，小球藻对脱氢酶、过氧化氢酶、硝酸还原酶等关键酶活性均具有恢复作用。小球藻通过增加有机质为微生物提供良好生存环境，推动脱氢酶合成；其产生过氧化氢的能力为过氧化氢酶提供反应底物；同时作为固定碳源刺激产酶微生物生长，为参与氮循环的微生物创造适宜的生存条件。

4.3 小球藻对土壤抗生素抗性基因的调控

ARGs作为一种新型环境污染物，可通过质粒交换等方式在微生物间传播，长期存在于环境中。研究表明，重金属与抗生素复合污染可通过共选择机制显著调控ARGs的丰度，多种ARGs与Cu水平呈正相关性，Cu²⁺浓度超过100 mg/kg时，TC抗性基因丰度可提升1.5~3个数量级。小球藻在调控土壤ARGs方面展现出独特潜力。其细胞表面富含羧基、羟基等官能团，可通过胞外聚合物络合吸附重金属，降低重金属对微生物的选择压力，从而间接影响ARGs的富集与传播。此外，小球藻分泌的胞外有机物可促进TC光降解，减少抗生素残留，削弱ARGs的诱导与富集，有效抑制ARGs的传播风险。

5结论

土壤重金属与抗生素污染因其污染物间的协同作用及环境行为复杂性，对农田生态系统安全和农产品质量构成严重威胁。抗生素与不同重金属的复合效应具有显著特异性，其差异源于络合物稳定性、生物有效性及土壤系统响应机制的异质性。当前物理淋洗、化学固定等修复技术存在成本高、易引发二次污染等问题，难以规模化应用。小球藻因生长速率快、环境适应性强，且细胞表面富含羧基、羟基等官能团，可通过胞外聚合物络合吸附重金属与胞内富集协同去除重金属，并借助代谢转化降解四环素，同时能改善土壤理化性质、恢复土壤酶活性、重塑微生物群落结构、削减抗性基因丰度，在土壤重金属-四环素复合污染修复中展现出良好的应用潜力。未来需进一步强化土壤复合污染场景下小球藻的修复效能研究，明确抗生素与重金属的协同消减规律，并系统解析修复过程对土壤抗性基因分布与扩散的影响，为技术实际应用提供理论依据。

参考文献：

1. [1] 杜丹丹.电镀场地土壤重金属元素Cr、zn、cu形态分析及土壤修复[D].山东大学,2018.
2. [2] Zhang A N, Gaston J M, Dai C L, et al. An omics-based framework for assessing the health risk of antimicrobial resistance genes[J]. Nature communications,2021,12(01):4765.
3. [3] 刘冬梅,倪佳鑫,冮苗苗,等.小球藻对多种重金属吸附性能的研究[J].环境科学学报,2020,40(10):3710-3718.
4. [4] Wang X, Lan B, Fei H, et al. Heavy metal could drive co-selection of antibiotic resistance in terrestrial subsurface soils[J]. Journal of hazardous materials,2021,411:124848.
5. [5] 贺泽婧,方利平,刘传平,等.土壤-农作物体系中抗生素-重金属复合污染的环境归趋和毒性效应研究进展[J]. 岩矿测试,2025,44(04):658-668.
6. [6]赵祥,王金花,朱鲁生,等.抗生素和铜联合作用对蚕豆根尖细胞微核率的影响[J].环境科学研究,2015,28(07):1085-1090.
7. [7] 周季妮,杨琛,宋之怡,等.四环素与镉复合污染对水稻根系的影响[J].环境科学学报,2021,41(04):1518-1528.
8. [8] Knapp C W, Mccluskey S M, Singh B K,et al. Antibiotic resistance gene abundances correlate with metal and geochemical conditions in archived scottish soils[J]. Plos one,2011,6(11): e27300.
9. [9] 郑晨格,裴欢欢,张亚珊,等.生物炭对四环素和铜复合污染土壤生菜生长及污染物累积的影响[J].环境科学,2024,45(05):3037-3046.
10. [10] Jijingi H E, Yazdi S K, Abakr Y A, et al. Bioremediation of heavy metals in palm oil mill effluent (POME) using chlorella vulgaris: A biological approach[J]. Cleaner water,2025（04）:100094.
11. [11] 李先科,许兵,赵永军,等.不同gr24浓度对藻技术净化沼液沼气效果的影响[J].环境科学与技术,2022,45(07):20-29.
12. [12] Wang J, Chen X, Sun H, et al. Accelerated removal and mechanism of tetracycline from water using immobilized bacteria combined with microalgae[J]. Journal of environmental chemical engineering,2025,13(02):115424.
13. [13] Chen X, He H Z, Chen G K, et al. Effects of biochar and crop straws on the bioavailability of cadmium in contaminated soil[J]. Scientific reports,2020,10(01):9528.
14. [14] Choudhary S, Tiwari M, Poluri K M. A biorefinery approach integrating lipid and EPS augmentation along with cr (III) mitigation by chlorella minutissima[J]. Cells,2024,13(24):2047.
15. [15] 辛会博.畜禽养殖场空气中抗生素耐药基因及耐药菌的污染与传输特征研究[D].北京林业大学,2025.
16. [16] 葸玉琴,赖金霞,张明旭,等.Cr³⁺和Cd²⁺对普通小球藻生长及抗氧化酶活性的影响[J].微生物学报,2021,61(07):2091-2100.
17. [17] 罗路云,蒋宏华,王殿东,等.镉污染对稻田土壤真菌群落结构及多样性的影响[J].南方农业学报,2022,53(07):1908-1916.
18. [18] Wu W, Gao X, Chen B, et al. Selective adsorption of tetracycline and copper(II) on ion-imprinted porous alginate microspheres: Performance and potential mechanisms[J]. Environmental science and pollution research,2023,30(48):105538-105555.
19. [19] Wang Z, Tan J, Wu C, et al. Improving soil properties and microbial communities in copper tailings using montmorillonite-based Chlorella gel beads[J]. Science of the total environment,2025,974:179232.
20. [20] 苏丹丹,刘惠玲,王梦梦.施用粪肥蔬菜基地抗生素残留的研究进展[J].环境保护科学,2015,41(01):117-120.
21. [21] Kessler N C H, Sampaio S C, Do Prado N V, et al. Effects of tetracyclines on enzymatic activity and soil nutrient availability[J]. Journal of soil science and plant nutrition,2020,20(04):2657-2670.
22. [22] Elrys A S, Wen Y, Feng D, et al. Cadmium inhibits carbon and nitrogen cycling through soil microbial biomass and reduces soil nitrogen availability[J]. Journal of hazardous materials,2025,489:137524.
23. [23] Wang Q, Zhao Y, Chen Z, et al. Nitrate bioreduction under cr(VI) stress: Crossroads of denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium[J]. Environmental science & technology,2023,57(29):10662-10672.
24. [24] Poté J, Ceccherini M T, Van V T, et al. Fate and transport of antibiotic resistance genes in saturated soil columns[J]. European Journal of soil biology,2003,39(02):65-71.
25. [25] Tian Y, Zou J, Feng L, et al. Chlorella vulgaris enhance the photodegradation of chlortetracycline in aqueous solution via extracellular organic matters (EOMs): Role of triplet state EOMs[J]. Water research,2019,149:35-41.