12 / 2023-09-23 15:23:08

岩溶地质高背景值地区土壤中镉的生物有效性研究

岩溶；地质高背景；镉；土壤；生物有效性

中国土壤污染状况调查公报表明， Cd是耕地污染最严重的重金属元素。土壤中的Cd易被农作物吸收，且通过食物链进入人体，从而影响肝、肾等器官中酶系统的正常功能，长期食用含镉超标的食物会诱发骨质疏松和肾结石等疾病。中国是世界上岩溶地貌分布最多的国家之一，其中以西南岩溶区面积最大，约为78万km²。该地区的土壤普遍含有较高的Cd含量，以广西为例，土壤中Cd的背景值为0.267mg/kg，是全国背景值的2.75倍，具有典型的地质高背景特征。农田土壤中高含量的Cd会对当地农产品安全和人体健康造成威胁，然而目前对于地质高背景成因的Cd在土壤—农作物系统的地球化学过程和机制认识不足，也给岩溶地区农田土壤质量评价标准的制定带来很大困难，因此对该地区土壤Cd的生物有效性进行准确评估尤其紧迫。

我们采用化学提取、土壤溶液提取、梯度扩散薄膜技术（DGT）等方法，结合土壤—植物迁移模型，对西南岩溶地区土壤Cd的生物有效性进行了分析和评价，结果表明：

（1）土壤pH和Ca含量是影响土壤Cd生物有效性的主要因素。钙含量较高情况下，土壤pH也相对较高，尽管有些采样点Cd含量较高，但水稻中Cd较低，因此不会导致食品质量风险；同时由于Cd与Ca离子半径相近，在被植物根部吸收过程中Ca离子与Cd离子存在竞争效应，使得Cd的生物富集系数降低。而在pH值较低的土壤中，由于钙大量淋失，使得其被植物吸收的竞争效应和缓冲效应降低甚至消失。

（2）CaCl₂（0.01M）提取实验为不同类型土壤的Cd在根系土壤—水稻籽实中富集关系的揭示提供了良好的研究方法。西南岩溶高背景地区土壤Cd的生物富集系数和CaCl₂可提取率均远低于非地质高背景地区。岩溶地区始成土Cd的生物有效性和生态风险最低，而人为土的生物有效性和生态风险最高。

（3）基于土壤pH、Ca离子和Cd离子总量建立的扩展Freundlich型模型和多项式曲面模型，可以确立可靠的土壤和水稻中Cd含量的相关关系，本研究可为岩溶地质高背景地区的水稻安全生产提供参考指导，对Cd超标的农田分类管理提供基础数据支撑。