16 / 2023-09-27 10:59:58

喀斯特地质高背景区土壤重金属富集特征与活化机制

地质高背景；碳酸盐岩；镉；污染；生物有效性

碳酸盐岩占全球陆地面积的约12%，在热带和亚热带等人口分布密集、工农业活动较强的区域广泛分布。其中，我国西南地区碳酸盐岩大面积成片分布，受母岩地球化学组成和特殊风化成土过程的影响，其风化形成的上覆土壤普遍富集镉等有害重金属，形成了我国最为典型的高镉地质背景区，土壤重金属的自然富集对区域生态环境、农产品质量安全和人体健康具有潜在威胁。因此，深入理解碳酸盐岩区土壤重金属的富集特征与活化机制，对揭示土壤污染成因和科学开展安全利用极为重要。

针对上述问题，研究团队选择贵州南部典型的喀斯特地质高背景区为研究区，系统研究了岩石、表层土壤和土壤剖面中镉等重金属的分布特征和生物有效性变化规律，探讨了重金属的富集和活化机制。研究结果表明，石灰岩母岩中镉的平均含量高于碳酸盐岩平均值，其他重金属含量低于碳酸盐岩平均值，但酸不溶物中重金属含量极高，镉可高达88 mg/kg。酸不溶物的残积风化造成上覆土壤中镉、铅、锌等重金属富集，且主要赋存于残渣态和铁锰氧化物结合态中，其中锰氧化物是镉的主要赋存载体，平均占比约43%。DTPA提取的生物有效态占比由高到低依次为镉、铅、铜，其他重金属生物有效性极低（<1%）。值得注意的是，稻田土壤中镉、铅和铜的生物有效性显著高于旱地土壤，且重金属生物有效性和迁移活性随土壤深度降低而逐渐升高。土壤有机质络合、土壤酸化和锰氧化物还原溶解引起的再分配可能是表层土壤重金属活化的重要控制因素。研究结果可为喀斯特地质高背景区土壤重金属污染风险管控和安全利用提供科学依据。