中国西南喀斯特地区冲积农田土壤镉(Cd)的超常富集：形态特征、来源解析与风险评估

针对喀斯特地区农田土壤镉污染机制不清的问题，研究人员系统采集123个冲积土壤和319个碳酸盐岩样本，通过BCR连续提取和Pb同位素示踪技术，揭示母岩高Cd本底(231 ng/g)与矿业活动共同导致土壤Cd超常富集(均值1464 ng/g)，其中酸溶态占比随污染加剧显著升高(达50%)，儿童健康风险突出，为全球最大连片喀斯特区生态风险管理提供科学依据。

　　

在全球环境问题日益严峻的背景下，土壤重金属污染已成为威胁粮食安全和公众健康的隐形杀手。中国西南地区拥有世界上最大的连片喀斯特地貌，其独特的岩溶地质条件使得该区域土壤天然富含镉(Cd)等重金属。更令人担忧的是，这片区域同时是我国重要的有色金属矿产基地，矿业活动与自然地质过程的叠加效应导致农田Cd污染问题尤为突出。然而，关于冲积型喀斯特农田土壤中Cd的富集机制、形态分布及其生态风险，科学界仍存在诸多认知空白。

为破解这一难题，国内研究团队在云南、贵州、广西等喀斯特核心区展开系统性调查。研究人员沿主要河流流域均匀采集123个冲积农田土壤样本（0-25 cm耕作层）和319组不同地质年代的碳酸盐岩样本，运用BCR四步连续提取法解析Cd的化学形态，结合Pb同位素比值示踪技术甄别污染来源，并采用富集因子(EF)、地累积指数(I_geo)和风险评价编码(RAC)等多维度评估体系量化生态风险。

关键技术方法包括：1）大尺度网格化采样覆盖360,000 km²喀斯特区；2）BCR连续提取划分酸溶态(F1)、可还原态(F2)、可氧化态(F3)和残渣态(F4)四种形态；3）Q-ICP-MS测定²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb和²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb同位素比值；4）基于USEPA模型的健康风险评估(HHRA)。

【Cd浓度特征】数据显示冲积土壤Cd含量呈极值分布（191-29,797 ng/g），均值1464 ng/g是全国农业土壤背景值的8.6倍。空间分析揭示广西河池-来宾-百色一带为污染热点区，该区域恰与高Cd的碳系、二叠系碳酸盐岩分布带及铅锌矿带空间重叠。

【母岩贡献机制】碳酸盐岩平均Cd含量达231 ng/g（最高3620 ng/g），是上地壳丰度的3.85倍。风化过程中CaO、MgO的淋失与Fe₂O₃、MnO的富集形成"地球化学筛"效应，使土壤Cd富集系数达8.72。值得注意的是，石炭系碳酸盐岩Cd含量最高（476 ng/g），对应下游土壤污染最严重。

【人为污染指纹】Pb同位素示踪显示43.7%样本的²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb≤1.2（指示人为源），这些样本平均Cd浓度达4607 ng/g。Cd-Pb-Zn-Sb的协同富集模式（r>0.85）及二元混合模型计算证实，矿业活动对高Cd土壤（>2000 ng/g）的贡献率达30-80%。

【形态转化规律】残渣态虽占主导（59.5%），但其比例随总Cd升高而递减，酸溶态则从10%激增至50%。碱性条件(pH>7.5)下酸溶态占比显著增加，而可还原态与MnO含量在污染土壤中呈现强相关性（r=0.72），揭示矿业衍生Cd更易与锰氧化物结合。

【风险预警】RAC评估显示71.6%样本存在中高生态风险，碱性土壤风险尤为突出。健康模型测算儿童非致癌风险指数(THQ)达3.07，主要通过手-口摄入途径（贡献率72%），其致癌风险(CR_Cd)是成人的17倍。

这项发表于《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》的研究首次阐明喀斯特区冲积土壤Cd"天然高本底-人为强叠加"的双重富集机制，发现总Cd浓度与酸溶态占比的正相关关系突破了对残渣态主导的传统认知。研究成果不仅为厘清全球喀斯特区Cd地球化学行为提供范式，更对实施差别化风险管控（如划定地质高背景区、优化耕作制度）具有重要实践指导价值。特别值得注意的是，该研究揭示的儿童暴露脆弱性，为发展中国家矿业-农业复合区的公共卫生干预提供了精准靶点。