钝化剂与水分管理协同调控：镉砷复合污染农田空心菜安全生产的创新策略

本研究针对农田土壤Cd和As复合污染威胁蔬菜安全生产的难题，探讨了基于工业副产品的钝化剂（如FM：硫酸亚铁矿物与锰渣组合）与水分管理（淹水、干湿交替）联合调控技术。结果表明，持续淹水条件下配合FM处理可显著降低空心菜Cd、As积累，促进根表铁膜形成，使食用部位重金属含量符合国家安全标准（GB 2762-2022），健康风险指数降至安全阈值以下。该研究为重金属污染农田的绿色修复与安全利用提供了经济有效的技术途径。

　　

随着工业化和城市化的快速发展，土壤重金属污染已成为全球性环境问题，严重威胁农产品安全和人体健康。其中，镉（Cd）和砷（As）因其高毒性、易迁移和难降解特性，成为污染农田中最令人担忧的污染物。它们通过大气沉降、污水灌溉、化肥滥用等途径进入农业生态系统，不仅破坏土壤健康，还通过食物链累积，导致神经行为障碍、心血管疾病乃至多种癌症。更为棘手的是，Cd和As在土壤中的化学行为截然不同，使得单一修复技术难以同时解决两种污染，尤其是它们的复合污染问题。

水空心菜（Ipomoea aquatica Forssk.）作为一种常见绿叶蔬菜，富含维生素和矿物质，但因生长快、生物量大，极易吸收积累Cd和As，成为研究重金属吸收机制的典型作物。此前研究表明，当土壤中Cd和As浓度分别达到0.3 mg/kg和20 mg/kg时，空心菜可食部分的含量就已超过中国食品安全标准（GB 2762-2022）限值。因此，如何通过绿色、经济且有效的方式降低空心菜对Cd和As的吸收，是实现污染农田安全利用的关键。

在这一背景下，水分管理和钝化修复技术被认为是两种有前景的农艺措施。水分管理通过调节土壤氧化还原状态影响重金属形态，例如淹水条件促进Cd的固定却可能增加As的活性；而钝化剂则通过改变土壤pH、吸附重金属或形成稳定化合物来降低其生物有效性。然而，钝化剂材料成本高、可能引发土壤板结，以及水分管理单独使用效果有限等问题，限制了其大规模应用。为此，研究人员提出将工业副产品类钝化剂与水分管理策略相结合，以期实现“以废治废”、降本增效的目标。

该研究由华南农业大学广东省农业与农村污染控制与环境安全重点实验室团队完成，并发表在《Journal of Agriculture and Food Research》上。研究人员通过田间试验和盆栽试验，系统评价了不同钝化剂（包括Weidikang调理剂、硫酸亚铁矿物、锰渣、生物炭等及其组合）与水分管理模式（湿润、干湿交替、淹水）联合使用对空心菜生长、重金属积累及健康风险的影响。

在关键技术方法方面，研究采用了：

1. 1.
   田间定位试验与盆栽控制试验相结合的方法，田间试验在广东阳春市Cd污染农田进行，盆栽试验土壤采自佛山Cd-As复合污染区；
2. 2.
   对土壤基本性质（pH、Eh）及有效态Cd、As（分别采用DTPA法和NaHCO₃浸提法）进行测定；
3. 3.
   利用微波消解-原子荧光光谱法（As）和原子吸收光谱法（Cd）分析植物和土壤重金属含量；
4. 4.
   采用DCB（连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠）提取法测定根表铁膜中铁（Fe）、锰（Mn）、Cd、As含量；
5. 5.
   运用美国EPA推荐的健康风险评价模型，计算每日暴露量（EDI）、危害商（HQ）及危害指数（HI），评估食用风险。

主要研究结果如下：

3.1. 田间试验

3.1.1. 对土壤pH、Eh、有效态Cd及空心菜生物量的影响

淹水条件下，FM（硫酸亚铁矿物+锰渣）处理显著提高了空心菜的地上部和根系生物量，增幅分别达35.28%和64.09%。Weidikang（W）处理也显著增加了根系生物量。而干湿交替条件下，各处理间生物量无显著差异。土壤有效态Cd在淹水时较低，干湿交替后普遍升高。

3.1.2. 对空心菜不同部位Cd含量的影响

淹水条件下，所有处理使空心菜根、茎、叶中的Cd含量均低于0.2 mg/kg，符合食品安全标准。其中FM处理对茎和叶的Cd降低效果最显著，降幅分别为26.22%和73.31%。然而，由淹水转为干湿交替后，茎中Cd含量超标，显示干湿交替模式会增加Cd污染风险。

3.2. 盆栽试验

3.2.1. 对土壤pH、Eh和有效态Cd、As的影响

FC（硫酸亚铁矿物+生物炭）和FM处理降低了土壤pH，而FCW（FC+Weidikang）、W、FMW（FM+Weidikang）则提高了pH。淹水条件下，W和FMW处理显著降低了有效态Cd，而FC处理在所有水分模式下均显著降低了有效态As，最大降幅达75.28%。

3.2.2. 水分管理与钝化剂处理对空心菜生长的影响

淹水模式下，FM处理使第一茬地上生物量增加168.75%。第三茬时，FC处理在湿润模式下生物量增加最显著。叶绿素含量在干湿交替模式下较低，而淹水与湿润模式下钝化剂处理有所提高。

3.2.3. 对空心菜Cd、As积累的影响

淹水模式最能降低叶片中的Cd含量（降幅38.37%–67.84%），而干湿交替模式有助于降低茎、叶中的As含量。FM处理在淹水条件下对As的减少效果最好，茎、叶、根中降幅分别为58.38%–65.90%、56.56%–75.59%和89.82%。食用部位Cd、As含量均达到国家安全标准。

3.2.4. 对根表铁膜形成的影响

淹水和干湿交替模式促进了根表铁膜的形成，其中Fe、Mn、As含量显著增加。FM和FC处理进一步增强了铁膜对Cd、As的固定作用。

3.2.5. 空心菜中Cd、As的健康风险评价

所有处理的致癌风险（ILCR）值均在10^-5–10^-7之间，处于可接受范围。淹水+FM处理使危害指数（HI）从1.76降至0.59，健康风险显著降低。

研究结论与讨论部分指出，钝化剂与水分管理的联合应用能显著降低土壤中Cd和As的生物有效性，减少空心菜对重金属的吸收积累。其中，持续淹水结合FM钝化剂（硫酸亚铁矿物+锰渣）是最优策略，不仅促进了空心菜生长，还通过增强根表铁膜形成机制固定重金属，使得食用部位Cd、As含量符合GB 2762-2022标准，健康风险指数降至安全水平。该策略利用工业副产品，成本低、环境友好，为Cd–As复合污染农田的修复与安全利用提供了可靠技术支撑，对保障蔬菜安全生产、推动农业可持续发展具有重要意义。

然而，研究也存在一些局限，如长期使用钝化剂可能导致土壤板结，田间验证不足，机制与微生物相互作用尚未深入探讨等。未来研究需进一步评估该策略的长期稳定性、生态安全性及在不同作物上的适用性。