农化污染场地中存在大量以氯代烃和芳香烃为代表的有机污染物,造成严重的土壤环境问题,微生物降解是处理这类污染问题的重要技术手段之一。土壤微生物群落结构和活性是决定微生物修复效果的关键。醌指纹技术是利用微生物类异戊二烯醌的种类或浓度来表征微生物群落结构和活性的有效方法,其中最为关注呼吸链中参与电子传递过程的泛醌（UQ）和甲基萘醌（MK）。本研究首先确定了微生物醌指纹高效液相色谱检测条件,在该测定条件（UQ:柱温35℃,流动相甲醇-异丙醇=3:2,检测波长275 nm;MK:柱温30℃,流动相乙腈-异丙醇=3:1,检测波长270 nm）下,样品中色谱峰分离较好。基于采集的无锡、苏州和上海三处农化污染场地土壤,借助小瓶试验,分别研究土壤中三氯乙烯（TCE）、1,2-二氯乙烷（DCA）、1,2-二氯苯（DCB）和苯生物降解过程中污染物浓度、土壤理化性质和微生物数量随时间的变化,同时监测了土壤中UQ和MK种类和浓度的变化。采用结构方程模型研究了醌指纹与环境因子的关联性,并通过神经网络模型预测了醌指纹参数变化,获得主要结论如下:土壤中TCE浓度在75 d时下降了66.1%～77.6%,有机碳含量低于未添加TCE的对照组,微生物碳含量和脱氢酶活性随时间先上升后下降。UQ和MK在微生物呼吸链充当电子传递体,总醌含量（TQ）在生物降解过程中显著提高,侧面印证土壤功能微生物活性增强。各地土壤中UQ-6丰度下降,MK-6,MK-9,MK-9（H2）,MK-9（H4）等长链甲基萘醌丰度增加,标志着棒状杆菌,微球菌,链孢菌和放线菌等微生物丰度增加。试验土壤中DCA生物降解迅速,其浓度在25 d时下降87.8%～99.2%,同时伴随着土壤氧化还原电位的降低和有机碳含量的增加,微生物碳含量减少和脱氢酶活性增加,TQ随反应时间先上升后下降。醌指纹图谱显示各地土壤中泛醌的丰度降低,优势醌主要有MK-6,MK-7,MK-7（H2）,MK-10（H2）,显示δ-变形菌纲和放线菌纲等微生物的丰度增加。反应过程中,土壤微生物群落中醌的多样性指数（DQ）增加而均匀性指数（EQ）减少,随着DCA浓度下降,DQ和EQ向着相反的趋势变化。土壤中DCB浓度在反应75 d后仅下降18.5%～39.0%,土壤p H和氧化还原电位降低,生物量则先升后降,脱氢酶活性和TQ显著提高,醌指纹结果显示UQ-8丰度增加,其在DCB生物降解过程中具有标识作用,并且反应后期MK-9、MK-9（H4）和MK-10等长链甲基萘醌丰度增加。另外,DCB实验组中微生物DQ显著高于对照组,EQ在多数情况下高于对照组。土壤中苯浓度在反应25 d下降91.7%～99.8%,生物降解后期土壤理化性质的改变比前期更加明显,该过程中生物量和脱氢酶活性均显著升高。醌指纹结果显示污染土壤TQ显著高于对照,说明其中微生物活性提高,反应过程中UQ-6,UQ-8,MK-8和MK-9（H2）丰度的变化标志着具有芳烃降解能力的低G+C浓度的革兰氏阳性细菌,β-,δ-和ε-变形菌和放线菌丰度增加。另外,实验组中DQ随时间降低,EQ高于对照,75 d后醌趋向于平均分布。聚类分析结果表明,土壤中UQ-8,MK-7（H2）,MK-8,MK-9与其他醌型差异性较大,它们对于典型有机污染物的响应最为突出。结构方程模型表明,潜变量环境因子中有机碳和含水率路径系数最大,污染物中苯路径系数最大,醌指纹中TQ路径系数最大;环境因子和污染物对醌指纹的路径系数相同。采用反馈式人工神经网络预测TQ、DQ和EQ的变化规律,模型平均相对误差为6.1%,总体R~2值达到0.989,验证了通过土壤理化性质和污染物浓度变化预测微生物醌指纹参数变化的可行性。