2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示,土壤镉(Cd)污染点位超标率位居第一,对人体健康构成较大威胁。铁基材料是应用于Cd污染土壤修复的主要材料之一,施加铁基材料不仅会影响土壤Cd形态分布及理化性质,还会使微生物群落特征发生变化。目前大部分研究从材料性能及表征、土壤理化性质等方面探讨Cd形态转化机制,而大部分微生物群落特征的研究基于形态转化达到平衡阶段的结果。本文以铁盐及木质素为原料制备了以针铁矿(GE)和二线水铁矿(MGE)为主要成分的两种铁基材料,考察土壤施加铁基材料后在培养的前期、中期和末期对Cd形态转化、理化性质以及微生物群落的影响,探讨Cd形态转化的微生物作用机制。(1)MGE和GE可促进土壤中的Cd由可交换态向铁锰氧化物结合态和残渣态转化,有效态Cd(DTPA-Cd)分别下降了63.81%和7.95%。MGE组的p H、有机质(OM)、阳离子交换量(CEC)、铵态氮(NH₄⁺-N)和速效钾(AK)均有显著增加,而GE处理组的OM、CEC、NH₄⁺-N和AK均没有明显变化。(2)施加材料后,在培养初期时细菌群落多样性和丰富度明显下降,在中期和末期时有所恢复;而真菌群落多样性和丰富度在整个培养周期变化不明显。与CK处理组相比,MGE使变形菌门、拟杆菌门和鞘氨醇单胞菌属相对丰度上升,木霉菌属和被孢霉属的相对丰度下降;而GE组中鞘氨醇单胞菌属相对丰度下降,木霉菌属和被孢霉属增加。网络分析显示MGE和GE组细菌和真菌群落网络复杂度均有增加,其中MGE组的真菌群落网络较为稳定。(3)施加MGE后,土壤盐酸提取态Fe(HCl-Fe²⁺、HCl-Fe³⁺)、DCB提取态Fe(Fe_d)和草酸铵提取态Fe(Fe_o)含量均有显著增加,而GE组的HCl-Fe³⁺、Fe_o变化不明显。Pearson相关性分析显示Cd形态转化与p H、Fe形态变化关联密切。Spearman相关性分析显示NH₄⁺-N、F1、F3、F5和Fe形态对微生物群落结构有显著影响。(4)结合MGE组土壤Cd形态转化、铁形态变化、p H增加、变形菌门和鞘氨醇单胞菌属相对丰度的上升,作者认为铁基材料影响Cd形态转化的途径主要包括吸附、还原、氧化和共沉淀等。当材料投加到土壤中时,Cd会被吸附在材料表面。一方面,MGE中的木质素会刺激铁还原菌(Fe RB)生长,加快土壤铁氧化还原反应,促进铁矿物还原溶解为Fe²⁺;土壤中的氧气会将Fe²⁺氧化、水解并导致土壤p H上升。p H上升有利于Cd转化为稳定态。另一方面,在铁氧化还原过程中形成的次生矿物能够将材料表面吸附的Cd包裹在矿物结构内,进一步促进Cd从可交换态向稳定态转化。