微生物是驱动土壤元素循环的核心群体。镉污染稻田微生物在影响镉形态转化及迁移分布的地球化学行为过程中发挥着重要作用，并在适应镉胁迫的过程中逐渐演化形成特殊的调控机制。微生物修复技术以不改变土壤性质、不易二次污染和可原位实施等优点具有广阔的应用前景，然而稻田环境的复杂多变性和微生物受到环境制约的局限性影响了微生物修复技术的田间应用效果。课题组基于对湖南省多处典型性镉污染稻田土壤的取样调研，探究了稻田土壤微生物对镉胁迫的响应机理和水稻根际微环境中微生物对镉形态转化的驱动机制，开展了功能微生物驱动稻田土壤镉活化移除修复技术的应用研究：①利用环境基因组学分析方法从不同重金属污染环境中定向筛选针对不同形态镉转化为可溶态镉的功能菌株，进一步构建了多种功能微生物共培养体系，实现对土壤中不同形态镉的同步活化；②建立功能微生物“三段法”大规模快速培养技术和工业化菌剂发酵中试平台，以满足镉污染稻田大面积原位修复的需求；③耦合了功能微生物精准活化-纳米材料吸附净化的稻田土壤镉活化移除技术模式，完善了功能微生物原位修复后含镉处理液的净化回收，促进了田间水资源、营养元素及微生物资源的循环利用，降低了修复成本。自2016年在长株潭开展多点应用示范，最终研创并应用示范了首个基于功能微生物的稻田镉活化移除修复技术体系。该项技术于2021年3月参与了由湖南省农业农村厅组织的不同修复技术在镉污染稻田上的田间效果验证试验，经第三方取样检测结果显示：在土壤总镉1.5～3.8 mg/Kg的稻田实施功能微生物活化移除修复技术，土壤总镉和有效的镉移除效率分别为13.8～46.2 %和23.4～47.6%，稻米镉含量降低率为30.9～70.3 %。研究表明，通过功能微生物驱动不同镉形态转化以实现土壤镉的活化移除可望成为降低稻田镉污染的有效策略之一。