重金属污染是我国农业环境目前面临的重大问题,其中南方耕地重金属污染以镉为主。本文对典型的生物土壤结皮进行表征分析并观察去除农田灌溉水中镉的性能,结果表明生物土壤结皮为生物和土壤矿质的复合体,具有大量有机官能团,对镉具有强吸附能力。吸附容量与平衡浓度基本呈线性关系,对镉的最大吸附容量为8.48mg/g;对镉的最大去除率为99.79%,吸附最适pH为7。在含高钙环境下对镉具有选择性吸收,同时对于平均分子量数量级低于10~7的络合态镉亦有较好的去除效果。进而以镉污染区中四个不同污染程度的南方稻田生物结皮为研究对象,通过分析镉在结皮中的形态分布及转换机制。结果表明,水体是结皮中富集镉的主要来源,生物结皮所富集的镉主要分布(约95%)在生物吸附与矿质组分中,少量存在于胞外聚合物组分(EPS)。生物吸附组分镉的富集机制为生物生理活动;镉在矿质组分中主要以锰氧化物结合态存在,表明镉的富集与生物锰氧化物成矿作用有关。生物多样性研究表明,低程度的镉污染对于生物结皮的原核微生物群落结构影响不大,而高程度的镉污染会淘汰对重金属敏感的微生物,改变群落结构,降低微生物的多样性。其中拟杆菌(Bacteroidetes)和蓝藻细菌(Cyanobacteria)对镉具有较好耐受性和富集作用,在生物结皮对镉的富集中起到主要作用。选取结皮中大量存在的真核藻类—水网藻进行研究,将水网藻对不同粒径镉悬浊液、镉离子的进行富集试验。发现水网藻对于悬浊态镉的富集量与悬浊液的粒径呈负相关,总体低于离子态镉。反应中(≤48h),水网藻对镉的富集机制以生物吸收为主,EPS中有少量镉。充分反应完全后(48h),离子态镉与粒径为100和400微米悬浊态镉的富集机制特征同上;由于水网藻EPS三维结构尺度与5微米悬浊态镉相近,故其EPS中镉含量高于其他四者。镉富集导致锌与铁的在水网藻中的含量和形态发生变化,锌分布特征与镉相似,但是锌的总量随反应减少,表明镉离子和铝离子与锌离子发生竞争作用,将体内的锌置换出来;高岭土中的铝元素会发生解离并在水网藻产生碱性条件下成矿。在此过程中,水网藻的生理生命活动无明显变化。