众所周知,土壤重金属和多环芳烃（PAHs）的污染加剧对人类和自然生态系统构成了巨大威胁。中国稻米主要生产省份河流、湖泊和稻田土壤受到不同程度的重金属污染,其中镉（Cd）是目前居于首位的严重污染物,与1990年的土壤背景值相比,土壤Cd浓度增加得越来越多,不同省份约有13 330公顷的农田被Cd污染。菲,是一种三稠环化合物,通常存在于PAH污染的土壤中。由于秸秆焚烧、焦炭生产煤、生物质燃烧和蒽油生产,2010年估计中国菲的排放约为25.300吨。这两种污染物不仅对植物和土壤微生物有害,而且对人类健康构成威胁。本研究采用土壤培养试验,以水稻秸秆(Oryza sativa（Taichung Native-1 variety）、两种蚯蚓Eisenia fetida（表观遗传物种）和Aporrectodea caliginosa（内生物种）以及向日葵（Helianthus.annuus L）作为研究材料,希望通过增加污染物土壤固定和减少作物可食部位污染物累积,以期增强土壤镉污染修复和刺激土壤菲降解,尤其是促进微生物代谢而催化菲的代谢。获得的主要结果有:首先,为明确土壤Cd和菲在植物和蚯蚓上的相互作用,并为后期研究确定适宜浓度。设置5个土壤镉浓度水平(0.5、1、3、5和10 mg kg^-1)以期获得蚯蚓死亡率50%并显著降低植株高度的浓度值,土壤菲的浓度设置为5、10、15、20、25和30mg kg^-1。急性中毒试验证明,土壤镉浓度2.51 mg kg^-1和3.74 mg kg^-1分别是E.Fetida和A.Caliginosa两种蚯蚓50%致死浓度;在混合物处理中,5、10、15和20mg kg^-1的菲显著减轻了两种蚯蚓的死亡率和体重损失,E.Fetida和A.caliginosa Cd积累分别显著降低了12%和16%,两种蚯蚓死亡率的降低与土壤菲浓度呈显著负相关（r²=0.98±0.40 and1±3.9,p<0.001）;然而,当土壤菲浓度超过20 mg kg^-1时,两种蚯蚓的死亡率与菲的富集系数一样再次增加。土壤25和30mg kg^-1菲的复合污染显著降低了植物株高、根生物量和根长,但低于只有相同浓度菲的抑制效果;此外,在土壤3.47 mg Cd kg^-1下观察到的效果略高于2.51 mg Cd kg^-1。由此说明,土壤菲、Cd复合污染效应可能是浓度依赖型而不是联合作用,一定浓度的菲可以拮抗镉对不同生态型蚯蚓和植物的影响而使Cd毒降低。第二,土壤Cd毒性与其生物有效性有关。连续提取法测得不同形态Cd含量的顺序因处理而异,其中,蚯蚓处理为交换态>残留态>Fe-Mn氧化物结合态>有机物结合态,水稻秸秆处理为交换态>有机物结合态>残留态>Fe-Mn氧化物结合态;植物Cd积累,因蚯蚓处理而增加,稻草处理而减少。这些结果表明,蚯蚓活动和作物秸秆可以调节土壤性质、结构而促进重金属修复。第三,16S r RNA基因测序的结果显示,稻草和蚯蚓改变了土壤细菌群落,增加了假单胞菌属、藤黄色单胞菌属、罗河杆菌属、鞘氨醇单胞菌属、芽单胞菌属、黄杆菌属和赖氏菌属的丰度,且与土壤残留菲浓度呈负相关。根据土壤细菌丰度、细菌Shannon指数及某些特定细菌丰度增加与土壤残留菲浓度的负相关性,提出蚯蚓与稻草的正相互作用可以改变土壤微生物群落而促进土壤菲的降解。第四,Na OH溶液改性稻草产生碳质以激化菲降解且提供镉更多结合位点被证明是有效的,因为碱处理不仅导致改性稻草表面暴露某些阴离子有机基团复合Cd而降低其有效性;而且随后采用COGs和KEGG数据库预测土壤宏基因组功能特征表明,它增加了可能涉及Cd的离子转运,其信号分子包括细胞色素P450s类。改性稻草暴露的官能团可以作为外部基质,而mooxygenase细胞色素P450s则作为催化剂激活和启动菲代谢过程。这些发现为改性秸秆促进土壤重金属的低效和多环芳烃的降解提供了证据。总之,本研究提出了以生态修复替代有限的化学和物理修复,在修复有机和无机污染土壤中,应该整合可能成为价格低廉吸附剂或稳定剂且对土壤微生物生长有积极影响的量大、易得的天然废弃材料如稻草,还有作为土壤工程师并能有益植物健康、土壤微生物的蚯蚓。