中子活化分析与能量色散X射线荧光技术联合揭示印度旁遮普邦Nawanshahr地区耕地土壤与作物的元素分布特征及其农业可持续性意义

本研究针对印度旁遮普邦Nawanshahr地区耕地土壤与作物元素分布不明确的问题，采用中子活化分析（INAA）和能量色散X射线荧光（ED-XRF）技术，量化了Al、Fe、Na等8种关键元素的分布规律，发现Zn在土壤-作物系统中迁移效率最高，且与产量显著相关，为优化养分管理、评估污染风险及保障粮食安全提供了科学依据。

　　

论文解读

土壤作为维系生态系统和人类生存的“无声基石”，其元素组成直接影响作物品质与粮食安全。然而，印度旁遮普邦等农业密集型区域正面临城市化侵占耕地、化肥滥用导致的土壤退化危机。过度施肥虽短期提升产量，却扰乱Al、Fe、Zn等必需元素的自然平衡，威胁长期农业可持续性。更严峻的是，土壤-作物系统的元素迁移机制尚未明晰，使得精准养分管理缺乏依据。针对这一科学盲区，来自斯里坦波卡学院（SGTB Khalsa College）联合孟买巴巴原子研究中心（BARC）的研究团队，采用中子活化分析（INAA）和能量色散X射线荧光（ED-XRF）技术，首次系统解析了Nawanshahr地区10个农田位点的土壤-作物元素谱，成果发表于《Applied Radiation and Isotopes》。

关键技术方法
研究采集旁遮普邦Nawanshahr地区10个农田的土壤与作物配对样本（各10份），通过V型复合采样法确保空间代表性。土壤样本经105°C烘干后，分别利用BARC的 pneumatic carrier facility（PCF）实现INAA（中子活化分析）辐照，以及ED-XRF（能量色散X射线荧光）进行非破坏性检测，定量Al、Fe、Na、K等8种元素。污染因子（CF）用于评估土壤元素累积风险。

研究结果

元素分布规律
INAA与ED-XRF数据一致显示，土壤中元素浓度排序为Al > Fe > Na > K > Ca > Mg > Mn > Zn，而作物中变为Al > Ca > Fe > Na > Mg > Zn > Mn。Zn在作物中的富集效率显著高于其他元素（如Fe、Mn），暗示其优先吸收机制。

土壤-作物相关性
仅Zn呈现显著的土壤-作物浓度正相关（r=0.82），其余元素相关性微弱。田间数据进一步证实，Zn积累量与作物产量呈正比，提示其可能成为产量限制因子。

污染风险评估
CF计算表明，耕地土壤中Ca和Zn存在轻度累积（CF>1），需警惕长期施肥导致的生态风险。ED-XRF的检测限（LOD）验证了其对痕量元素（如Mn²⁺）的高灵敏度。

结论与意义
该研究通过多技术联用，首次绘制了旁遮普邦典型农区的元素分布图谱，揭示了Zn在土壤-作物系统中的关键迁移特性。成果为优化Zn肥施用、减少Fe/Al无效吸收提供了直接证据，同时建立的CF评估模型可预警耕地污染。从实践层面，研究者建议将ED-XRF纳入农田常规监测，以低成本实现养分动态追踪。这项工作不仅填补了印度热带土壤元素数据库的空白，更为全球面临类似农业压力的区域提供了“土壤-作物协同管理”的范式。