基于土壤类型分区与成土过程的镉污染农田环境风险阈值研究

《Science of The Total Environment》：Regional environmental risk thresholds for cadmium in Chinese agricultural soils: Integrating zonal soil types and pedogenic properties

本研究通过将中国农田划分为9个土壤类型分区，结合物种敏感性分布(SSD)模型与老化因子(AF)校正，首次系统建立了镉(Cd)的区域差异化环境风险阈值(HC5值为0.14–0.72 mg·kg?1)。研究揭示了现行国家标准(GB 15618)的局限性，为构建符合中国农业生态特征的精准化土壤环境质量标准提供了方法论框架。

　　

Highlight

本研究通过将中国农田土壤按成土特性划分为9个分区，首次系统揭示了镉(CD)在不同区域土壤中的毒性阈值差异。基于物种敏感性分布(SSD)模型推导的HC₅值（保护95%物种的浓度）显示，各分区阈值范围为0.14–0.72 mg·kg^?1，显著受土壤理化性质调控。通过老化因子(AF)校正田间实际生物有效性，建立了HC₅与土壤属性的回归模型，为精准制定区域差异化标准提供科学依据。

Effect concentrations of Cd on different species in different regional soils

通过整合实验数据与文献资料，构建了涵盖水稻、玉米、小麦等作物的毒性数据库。剂量效应关系(EC_x)分析表明，镉在不同分区土壤中对作物的毒性阈值存在显著差异，例如水稻的EC₅₀在酸性红壤中较北方褐土低约3倍，凸显了土壤pH和有机质对镉生物有效性的调控作用。

Discussion

HC₅值的空间变异主要归因于三大因素：1）测试物种和终点的选择对毒性评估的影响（如根伸长抑制较生物量指标更敏感）；2）土壤理化性质（如pH、有机质）通过吸附-解吸平衡调控镉的生物有效性；3）老化过程使田间实际毒性较实验室急性毒性降低1.5–2.2倍。与GB 15618对比发现，现行统一标准在南方酸性土壤中易导致"保护不足"，而在北方碱性土壤中存在"过度保护"风险。

Conclusion

基于分区土壤类型与成土特性，本研究建立了中国农田镉污染的环境风险阈值体系。通过SSD曲线推导的HC₅值及其与土壤属性的定量关系模型，为修订现行国家标准、实现精准化风险管理提供了数据支撑和方法学范式，对保障农产品安全和生态系统完整性具有重要实践意义。