2、土壤污染的生物转化和清除机制

　　土壤生物可通过氧化、还原和甲基化等过程直接改变重金属化学形态，或通过改变铁、硫等元素的氧化还原状态、分泌有机络合物、细胞壁吸附和固定等过程影响重金属的生物有效性 。土壤生物同样可以通过特异性或非特异性酶脱毒系统，或通过一些特定的代谢途径降解有机污染物。通过野外调查及传统室内模拟试验，发现并分离特定功能微生物，进一步通过同位素示踪技术、原位荧光杂交技术、电子显微技术，以及近年来迅速发展起来的同步辐射技术(如 X 射线荧光微分析技术(XRF)和 X 射线吸收精细结构分析技术(XAFS))、次生离子质谱技术，可深层次揭示污染物迁移转化的界面化学过程 。

　　另一方面，生物体内的生理代谢及分子调控过程是驱动污染物化学转化的内在动力，未来的研究也需要将分子生物学技术(如实时荧光定量PCR、基因克隆及功能验证、蛋白质结构解析、稳定性同位素核酸探针 DNA/RNA-SIP 等技术)与先进的物理化学技术(如高精度质谱、电镜分析及同步辐射等技术)相结合，从分子层次上深入探索土壤生物介导的污染物转化机制，为土壤污染的生物修复奠定基础。此外，一些污染物的生物代谢及消纳过程往往与生物自身代谢过程相耦合，如微生物驱动的有机污染物降解可以耦合铁还原、硝酸盐还原、硫酸盐还原及甲烷产生过程，这些耦合作用在元素生物地球化学循环过程中扮演着重要的角色。具体研究过程中，需要综合考虑生物自身的代谢过程及污染物的转化特点，全面理解污染物在生物体内的代谢过程及调控机制。

　　3、病原菌和抗生素抗性基因在土壤中的分布规律与传播机制

　　病原菌和抗生素抗性菌及抗性基因一方面会通过土壤-空气、土壤-植物、或土壤-地下水途径直接进入人体，危害人体健康，另一方面则会造成农作物病害，抑制农作物的生长发育，造成农业减产或农产品品质降低。

　　因而，进行土壤病原菌及抗生素抗性基因污染防御及治理迫在眉睫。系统深入研究病原菌和抗生素抗性菌及抗性基因在土壤中的分布传播过程与机制是进行污染治理的前提。

　　土壤中存在大量的抗生素产生菌和同化菌，是天然的抗性基因储库 ，而抗生素的大规模生产和使用则进一步加速了土著抗性微生物和抗性基因的扩散，增加了抗生素耐药性的发生频率 。目前研究者通过实时荧光定量 PCR、宏基因组以及高通量测序等现代分子生物学技术探究了不同土壤类型中抗性基因的分布规律，在远古冻土和不受人类活动影响的土壤中发现了多样性很高的抗性基因，发现在未受抗生素污染的农业和草地土壤中抗性基因结构由微生物群落组成决定，证明了土壤中抗性基因的自然广泛存在，同时也揭示了中水灌溉土壤、施用禽畜粪便土壤等典型污染土壤中抗性基因富集的现象 。

　　基于已有关于土壤生物污染现状的调查，进一步的研究应围绕抗性基因污染的来源、迁移转化机制及生态风险展开：(1)建立土壤抗性基因与潜在宿主菌之间的关系，明晰污染来源；(2)探究不同类型土壤环境中抗性基因发生水平转移的实际频率；(3)结合实验室模拟及长期实地监测，研究病原菌及抗生素抗性菌及抗性基因在土壤中的迁移过程，重点解析其通过植物吸收进入食物链以及通过地下水淋洗进入水环境的风险；(4)评估抗性基因在土壤微生物和致病菌之间的交叉转移，探究土壤抗性基因库的潜在生态风险。

　　4、基于活体微生物的土壤污染监测技术

　　传统的化学分析方法监测土壤污染的优点是能够精确测定污染物的浓度和形态，但却往往不能确切反映污染物的生物毒性强弱。化学分析本身不能反映生物暴露污染物的途径和环境条件的影响(即缺乏生态相关性)，也不能区别急性毒性和慢性毒性(即缺乏时间相关性)。以活的生物体或群体来测试化学物质毒性效应的生物监测方法能够有效克服化学分析方法的缺点，反映环境污染对生物产生的综合效应或专性效应，以及污染物在土壤中的动态转化，因而越来越受到重视。根据测试对象的类型，土壤生物监测主要分为三大类，即基于个体或组织层次的生物监测，基于功能基因或基因组学层次的生物监测，以及基于群落水平的抵抗力和恢复力测试。

　　目前研究的重点是通过“组学”研究方法不断发展新型生物标志物(包括功能基因)、生物芯片和新型全细胞专性的生物传感器。污染物进入土壤后形态会发生一系列变化，如何确定具体是哪种形态致毒是今后的研究热点和难点。比如，通过基因重组和突变等手段发展能够区分无机砷和有机砷的全细胞微生物传感器，可以原位监测砷形态在转化过程 。在生物监测中测试终点的选择需要综合考虑生态相关性、暴露途径、敏感性、管理目标及终点可测性等因素，根据具体情况选择适宜的指标。

　　5、污染土壤生物修复原理与技术

　　污染土壤生物修复已有一定理论基础，但实践应用方面还有很长的路要走，许多技术瓶颈尚待突破。对于不同污染情形，往往需要构建不同的修复技术体系，如针对某一特定污染种类，选用专性耐受的植物和微生物种类，或利用转基因技术修饰改造植物或微生物，使之适应污染土壤并发挥修复功效。同时，需要对特定功能的微生物或植物的污染物耐受及转化机制进行深入研究，明确其分子机理和遗传稳定性，并在此基础上发展基于功能基因的生物技术。在实际应用中，需要特别考虑生物的环境适应性问题，明确微生物修复污染土壤的适用条件和范围，研究提高修复效率的关键参数及工程设计。现有的生物修复技术多以基础理论研究为主，而相关的技术推广及实践应用方面研究较为稀少。今后研究需要更加关注生物修复技术的实地应用，使其逐渐成熟和完善。

　　作为土壤生物与土壤污染相关基础研究的应用目标，污染土壤生物修复技术势必越来越受到关注。而为了实现这一应用目标，则需要进一步系统深入地研究土壤污染对土壤生物的生态毒理效应，揭示土壤生物对土壤污染物的适应及消纳机制。在以往研究工作基础上，借助于研究方法技术的发展，未来的土壤生物与土壤污染研究，将向微观和宏观两个方向拓展，微观方向将不断深入至基因、分子乃至信号水平，宏观方向则向生态系统水平推进。传统单因素的研究将转变为双因素和多因素研究，结构或功能隔离研究将转向结构功能关系研究，离散的时间和空间节点观察，将转向空间分异和时间动态特征，乃至时空演变特征系统研究。总体上，至广大、至精微、多因素、多尺度的研究已经成为显而易见的学科发展趋势。