第七届青年地学论坛

       镉(Cd)是一种生物非必需重金属元素，其在土壤中具有较高的迁移性，极易通过食物链进入到人体中，从而威胁人体健康。土壤中的Cd包括已经老化的Cd (Cd_L)和新输入的Cd (Cd_N)，这两种Cd在土壤中具有不同的活性。因此有效区分这两种Cd的环境行为对于Cd污染的治理极为重要。本研究设计了室内模拟和盆栽实验（包括调节pH、添加石灰、生物炭处理），通过富集稳定同位素（¹¹²Cd）示踪技术，对Cd_L和Cd_N在稻田系统中的行为进行区分，同时结合顺序提取法（BCR）和同位素（¹¹⁰Cd）可交换浓度（E-value）的测定对Cd_L和Cd_N的形态转化及活性进行评估。利用体外模拟消化法对水稻籽粒中Cd_L和Cd_N的生物可给性进行评价。室内模拟及盆栽试验的结果表明：
     （1）Cd_N进入土壤后会快速地老化，从酸溶态转变为残渣态。同时Cd_N在残渣态中的比例高于Cd_L，说明Cd_N进入土壤后的老化速度及程度均高于Cd_L。酸溶态Cd_N和Cd_L的浓度与二者各自的E-value呈正相关关系（P < 0.01），说明BCR顺序提取法和E-value均可有效评估稻田土壤中的镉活性。此外，Cd_N进入土壤28天左右，其同位素可交换比例与Cd_L趋于一致且不再变化，说明其同位素可交换库达到平衡。
     （2）不同处理下Cd_L和Cd_N在上覆水中的浓度、酸溶态中的比例及其在水稻各组织中的浓度表明，土壤pH是影响Cd活性的主导因素。施用石灰提高了土壤pH，从而降低Cd_L和Cd_N的活性及其在籽粒中的累积。本研究所使用的生物炭为酸性生物炭，降低了土壤pH，增加了Cd_L和Cd_N在籽粒中的累积。酸溶态Cd、E-value及上覆水中的Cd与籽粒Cd含量的回归分析结果表明，上覆水中Cd的浓度与籽粒中的Cd浓度呈显著的正相关关系（P < 0.01），而前二者与籽粒中的Cd浓度无显著相关性（P > 0.05），说明上覆水或土壤溶液中的Cd浓度可有效表征Cd的生物可利用性。
     （3）体外模拟消化法的结果表明，籽粒中Cd_L和Cd_N的生物可给性浓度与其总浓度呈正相关关系（P < 0.01），二者的生物可给性比例（Cd_N：88.7%，Cd_L ：86.2%）在不同的处理间无明显差异。
       本研究揭示了在施用不同土壤改良剂下，不同来源Cd在土壤中的老化过程及其在土壤-水稻系统中的迁移分布，可为稻田Cd污染的治理和修复提供一定的科学依据。稻米中Cd的生物可给性评价可为人群通过食用大米的Cd暴露风险评估提供参考。
 

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