生物炭与磷酸盐修复铅镉污染土壤降低散养与肉鸡组织重金属蓄积：对公共卫生与食品安全的启示

本研究针对赞比亚卡布韦矿区土壤铅(Pb)和镉(Cd)污染通过食物链向禽类转移的严重健康风险，开展了生物炭(BC)、三重过磷酸钙(TSP)、磷酸(PA)和煅烧白云石(CD)等土壤改良剂的修复效能研究。结果表明，BC处理可显著降低鸡只血液与器官中73.6–90.3%的Pb和50.2–89.7%的Cd蓄积，且维持必需微量元素铜锌稳定。该研究为重金属污染地区提供了一种经济有效的食品安全风险控制策略。

　　

在赞比亚卡布韦这座因历史悠久的铅锌采矿和冶炼活动而被列为全球铅污染最严重地区之一的城市中，土壤中的铅(Pb)和镉(Cd)浓度长期远超国际安全阈值。这些重金属通过环境迁移进入动植物体内，并最终借助食物链威胁人类健康，引发神经毒性、肾功能障碍、发育迟缓乃至癌症等一系列重大公共卫生问题。当地社区普遍依赖自给农业和散养家禽，而自由觅食的鸡群通过啄食受污染的土壤、昆虫和植物，成为重金属暴露的高风险群体，其肌肉、肝脏、肾脏等可食用部位更是人类直接暴露的重要途径。

为探索可行有效的风险干预策略，来自日本北海道大学兽医环境毒理学实验室的研究团队在《Journal of Hazardous Materials Advances》上发表了一项突破性研究。他们系统评价了四种土壤改良剂——生物炭(Biochar, BC)、三重过磷酸钙(Triple Superphosphate, TSP)、磷酸(Phosphoric Acid, PA)和煅烧白云石(Calcined Dolomite, CD)在降低污染土壤中Pb和Cd生物有效性、阻断其向鸡体转移的作用效果。

本研究采用“ex-situ”（异位）土壤处理与“in-vivo”（体内）动物暴露相结合的实验策略。研究人员从卡布韦矿区附近采集了重度污染土壤，分别添加10%的上述改良剂，老化平衡后，将散养鸡与肉鸡饲养于处理过的土壤环境中。通过定期采集血液与组织样本，并利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术精准定量其中Pb、Cd及必需微量元素铜(Cu)、锌(Zn)的含量，系统评估了各改良剂的实际修复效能。

3.1. 土壤理化性质与重金属固定化效果

污染土壤未经处理时（阳性对照组，PC），Pb和Cd浓度分别高达15006.93 mg/kg和112.90 mg/kg，严重超过生态土壤筛选标准。添加BC和CD显著提升土壤pH值，分别达到6.32和7.02，而PA处理则使土壤强烈酸化（pH=2.87）。BC表现出优异的综合改良性能，显著提升阳离子交换容量(CEC)，并有效吸附固定重金属。各改良剂均显著降低了土壤中Pb、Cd的可提取浓度，尤其是BC与TSP处理组效果最为突出。

3.2. 散养鸡与肉鸡器官中的铅积累

在未处理污染土壤中饲养的鸡群，其肝脏、肾脏、肌胃等器官中Pb含量显著超过国际食品法典委员会规定的安全限值。BC处理展现出最强的阻控效果，在散养鸡胸肌中Pb降低率达90%以上，各类器官中的平均 remediation index (MRI) 达到81.5%。TSP通过形成难溶性磷酸铅沉淀发挥作用，但其效果因器官不同存在一定波动。

3.3. 镉在鸡体器官中的积累与改良剂修复效果

同样地，Cd在阳性对照组鸡群器官中也呈现高风险积累。BC和TSP对Cd的固定化效果尤为显著，在散养鸡肝脏中分别实现87.1%和93.1%的降低率。值得注意的是，在肉鸡血液中，BC和CD均使Cd含量下降近88%，表明这两种改良剂能有效抑制Cd的肠道吸收与系统暴露。

3.4. 铜锌稳态未受明显影响

研究还发现，各改良剂处理均未导致鸡体肝脏、肾脏、胸肌等组织中必需微量元素Cu和Zn的浓度发生显著变化，说明这些处理在有效降低毒性的同时，并未干扰必需营养元素的代谢稳态，保障了禽类产品的营养价值。

这项研究通过严谨的实验设计和大样本分析证实，生物炭(BC)和三重过磷酸钙(TSP)可高效抑制土壤中Pb和Cd的生物有效性，显著降低其在鸡只多种器官中的积累，且不影响铜锌等必需元素的稳态。其机制涉及吸附、沉淀（如TSP与Pb形成磷酸铅矿物）、表面络合等多种化学反应过程。这一研究成果为重金属污染地区提供了一种低成本、易获取、可持续的农业土壤修复与食品安全风险管控技术，尤其对卡布韦这类以禽肉为重要蛋白质来源的矿业城市具有直接且重大的公共卫生意义。未来研究需进一步优化改良剂配比，开展长期田间试验，并推动该策略纳入区域性的食品安全政策与健康干预计划。

论文作者包括Madalitso Tembo、Andrew Kataba、Nyein Chan Soe、Rio Doya、Richard Musonda、Golden Zyambo、Yoshinori Ikenaka、John Yabe、Kaampwe Muzandu、Mayumi Ishizuka和Shouta M.M. Nakayama，通讯作者单位为日本北海道大学。