水稻重金属累积路径解析：根系-茎秆-土壤pH的协同调控机制与生态健康风险

推荐：针对农田土壤重金属污染影响稻米安全的全球性问题，本研究通过520对土壤-稻米样本和40套全组分样本分析，揭示了Cd、Hg、Cr、Cu在土壤-水稻系统的非线性累积规律，首次阐明茎秆对Cu的阻隔效应及土壤pH对四种重金属吸收的差异化调控，为精准防控稻米重金属污染提供新策略。

　　

随着工业化进程加速，农田土壤重金属污染已成为威胁全球粮食安全的"隐形杀手"。在中国，约19.4%的耕地存在重金属超标现象，其中东南部稻作区尤为严重。水稻作为亚洲主粮作物，其特殊的淹水生长环境更易吸收镉(Cd)、砷(As)等有毒元素，通过"土壤-水稻-人体"链条引发健康风险。尽管前人已关注土壤与稻米的重金属相关性，但根系和茎秆作为关键转运枢纽的作用机制仍属空白，而土壤pH调控多金属吸收的阈值规律更是亟待破解的科学难题。

江苏省环境监测中心的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表的最新研究中，创新性地采用两阶段采样策略：第一阶段采集江苏省13个地市520对土壤-稻米样本，第二阶段精选5个县市40套包含土壤、根系、茎秆和谷物的完整样本。通过原子荧光光谱仪(AFS-8220)和电感耦合等离子体质谱仪(iCAP RQ)等检测技术，结合广义线性模型(GLM)和广义加性模型(GAM)分析，系统揭示了重金属在土壤-水稻系统的迁移规律。

生态健康风险呈现"双低"特征

潜在生态风险指数(RI<150)和Nemerow综合污染指数显示，仅无锡宜兴(PI_j=1.69)等3个县市存在轻度污染。健康风险指数(HI>1)虽显示风险，但无机砷专项检测证实所有样本均未超过国标(GB 2762-2022)限值，其中As贡献率达47.87%-75.56%。

根系茎秆揭示转运"双面性"

生物富集系数排序为Cd>Zn>Cu>Hg，茎秆对Cu呈现显著负向调控(β=-0.24，P<0.01)。特别发现：

• 根系Cd与籽粒呈非线性正相关(EDF=4.27)

• 茎秆Cr与籽粒呈非线性正相关(EDF=1.81)

• 茎秆Cu与籽粒呈线性负相关(EDF=1)，暗示其阻隔作用

土壤pH调控"四重门"效应

• 酸性环境(pH≤5.5)促进Cd吸收(β=1.08)

• 中性偏碱(pH>6.5)促进Hg累积(EDF=3.92)

• 碱性条件(pH>7.5)提升Cr(β=0.54)、Cu(EDF=1.86)有效性

这项研究首次构建了"土壤-植物器官-谷物"的全链条分析框架，其创新价值体现在三方面：一是发现茎秆对Cu的天然阻隔功能，为培育低累积品种提供新靶点；二是建立pH分段调控模型，建议通过调节土壤pH至7.5以上控制Cd，6.5以下抑制Hg；三是提出As风险评估应区分无机/有机形态。这些发现为精准治理稻米重金属污染提供了理论依据和实践路径，对保障粮食安全具有重要战略意义。