苏打盐碱地稻田系统氟迁移规律及复合改良剂调控机制研究

针对苏打盐碱地稻田开发导致的氟迁移风险，研究人员通过盆栽和田间试验，探究了Al2(SO4)3、脱硫石膏及复合改良剂（真菌糠+腐植酸钾+Al2(SO4)3）对氟形态转化及迁移的影响。结果表明复合改良剂显著降低水溶性氟（Ws-F）含量，抑制氟向水稻和地下水的迁移，为氟污染防控提供科学依据。

　　

在中国东北的吉林西部，分布着超过300万公顷的苏打盐碱地，其中43.7%属于重度盐碱化未利用地。近年来，为补偿城市化导致的耕地流失，这些土地通过大规模改良被开发为稻田。然而，该区域同时是典型的地方性饮水型氟中毒病区，土壤和地下水中本底氟含量极高。当盐碱地转变为稻田后，持续的淹水灌溉和土壤改良措施可能打破原有的氟平衡，加剧氟在土壤-水-水稻系统中的迁移，进而通过食物链和地下水威胁人体健康。这一矛盾现象引发了科学家的高度关注：盐碱地稻田开发究竟如何影响氟的迁移规律？能否通过改良措施调控氟的生物有效性？

吉林农业大学资源与环境学院的研究团队针对这一科学问题展开了系统性研究。他们通过1年盆栽试验（设置无改良剂CK、Al₂(SO₄)₃、脱硫石膏和复合改良剂4种处理）和2年田间试验（CK与复合改良剂处理），首次量化了苏打盐碱地稻田系统中氟的迁移通量，并揭示了复合改良剂的调控机制。相关成果发表在《Journal of Agriculture and Food Research》上，为盐碱地安全利用提供了重要理论支撑。

研究采用的关键技术包括：1）连续提取法测定土壤氟形态（水溶态Ws-F、交换态Ex-F、铁锰结合态Fe/Mn-F、有机结合态Or-F和残渣态Res-F）；2）离子选择电极法检测洗盐排水和稻田水层氟浓度；3）NaOH熔融法测定水稻各器官氟含量；4）通过质量平衡方程计算氟的垂直迁移量。

研究结果揭示：

1. 氟形态变化特征：所有处理均显著降低总氟（T-F）和水溶氟（Ws-F），其中复合改良剂效果最显著，使Ws-F降低88.16%（盆栽）和60.73%（田间）。改良剂通过Al³⁺水解降低pH，促进F^-与Al³⁺形成AlF₂⁺等络合物，使交换态氟（Ex-F）增加58.22-90.70%。

2. 土壤-水界面迁移：洗盐过程中氟释放呈现"首洗高峰"现象，4次洗盐累计释放33.14 mg/kg（盆栽），田间试验中复合改良剂使氟释放量降低53.89%。稻田水层氟浓度在孕穗期达峰值（CK处理达19.72 mg/L），超过农田灌溉水质标准（GB5084-2021）。

3. 水稻富集规律：氟分布呈根>茎叶>籽粒趋势，复合改良剂使稻米氟含量降至0.92 mg/kg（第二年）。生物富集系数（BCF=根氟/（Ws-F+Ex-F））均<1，但改良剂处理BCF（0.35）显著低于CK（0.58）。

4. 垂直迁移特征：CK处理两年累计向下迁移氟571.5 g/667m²，复合改良剂减少58.8%。改良剂通过增加土壤有机质和团聚体，提升了对氟的吸附固定能力。

讨论部分指出，盐碱地稻田开发通过三个途径加速氟迁移：1）洗盐排水直接携带氟进入环境；2）淹水条件改变土壤氧化还原状态，活化氟化物；3）离子竞争（如Na⁺/Ca²⁺）影响氟吸附。复合改良剂中Al₂(SO₄)₃通过pH调控和络合作用降低氟活性，真菌糠和腐植酸钾则通过增加有机质促进氟的有机络合。该研究首次建立了"改良剂-氟形态-迁移通量"的定量关系，为高氟区盐碱地安全利用提供了关键技术参数。需要强调的是，长期监测显示改良剂效果随种植年限增强，第二年对稻米氟含量的抑制率达46.52%，这为可持续治理提供了乐观前景。

这项研究的创新性在于将盐碱地改良、水稻种植与氟污染防控三个关键问题有机结合，不仅阐明了氟在特殊土壤-作物系统中的迁移规律，更开发出兼具农艺效益和环境效益的复合改良技术。未来研究应关注改良剂的长期稳定性，以及氟-铝络合物在食物链中的潜在风险，为保障粮食安全和环境健康提供更全面的解决方案。