《Journal of Environmental Science and Health, Part B》：Soil amendments reduced potentially toxic elements (PTEs) in peanuts (Arachis hypogaea L.) grown in farmlands near Cu-Ni mine in Central Botswana
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研究人员评估了粉煤灰（FA）、堆肥（COMP）、褐煤（LIG）及其组合（FA+COMP+LIG）对博茨瓦纳BCL Cu-Ni矿附近农田土壤化学性质、PTE总量和有效态浓度、花生（Arachis hypogaea L.）组织对PTE的吸收及相关人体健康风险的影响
研究人员评估了粉煤灰（FA）、堆肥（COMP）、褐煤（LIG）及其组合（FA+COMP+LIG）对博茨瓦纳BCL Cu-Ni矿附近农田土壤化学性质、PTE总量和有效态浓度、花生（Arachis hypogaea L.）组织对PTE的吸收及相关人体健康风险的影响。研究人员在博茨瓦纳Selibe-Phikwe距BCL Cu-Ni矿2.6 km、5 km和10 km的三个农田开展田间试验。试验采用随机完全区组设计（RCBD），设三次重复，共五种处理：未改良对照、FA 20 t ha?1、COMP 20 t ha?1、LIG 10 t ha?1及FA+COMP+LIG 20+20+10 t ha?1。改良剂施用提高了土壤pH，并降低了所有农田土壤中PTE的总量和有效态浓度。此外，与对照处理相比，所有改良剂均提高了花生干物质产量。联合处理在降低花生组织（特别是籽粒）中PTE积累方面效果最显著，相对对照降幅超过30%。施用改良剂后，儿童和成人的估算每日摄入量（EDI）、危害商数（HQ）和危害指数（HI）均显著降低，表明PTE饮食暴露风险降低。然而，尽管观察到上述降低，部分PTE的HQ和HI值仍高于阈值1，提示存在潜在健康危害。总体而言，FA、COMP和LIG联合施用对降低花生对PTE的吸收以及减少矿区受影响农田相关人体健康风险显示出最大潜力。建议进一步开展长期田间研究，以评估这些修复效果的可持续性。
全球采矿业产生大量含硫尾矿，硫化物氧化可导致酸性矿山排水（acid mine drainage，AMD），使土壤酸化并增加Cu、Pb、Ni、As、Cr、Zn等潜在有毒元素（potentially toxic elements，PTEs）的溶解性和迁移性。博茨瓦纳BCL Cu-Ni矿周边农田土壤pH低，PTEs浓度常超过环境允许阈值；花生（Arachis hypogaea L.）因根系分泌柠檬酸、苹果酸等有机酸，对PTE吸收较其他豆科作物更敏感，是该地区重要的食用作物。然而，粉煤灰（fly ash，FA）、堆肥（compost，COMP）和褐煤（lignite，LIG）单独或联合使用在博茨瓦纳矿区农田中降低花生PTE积累及人群膳食暴露风险的效果仍缺乏证据。为此，研究人员在距BCL Cu-Ni矿2.6 km、5 km和10 km的三个农田开展田间试验，设置未改良对照、FA 20 t ha
?1、COMP 20 t ha
?1、LIG 10 t ha
?1及FA+COMP+LIG 20+20+10 t ha
?1五种处理，评估其对土壤化学性质、PTE总量与有效态浓度、花生干物质产量、各组织PTE积累以及儿童和成人健康风险的影响，旨在为矿区污染农田修复和食品安全管理提供生态友好、低成本的策略。
研究方法方面，研究人员采用随机完全区组设计（randomized complete block design，RCBD），每个农田设5种处理、3次重复。花生于2022年11月播种，2023年3月收获。在种植后4周（4 weeks after planting，4WAP）和收获期采集土壤样品，植株样品分为根、茎、壳和籽粒。样品经酸消解后，采用电感耦合等离子体发射光谱法（inductively coupled plasma optical emission spectrometry，ICP-OES）测定Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb含量；同步测定土壤pH、电导率（electrical conductivity，EC）。基于籽粒PTE浓度计算儿童和成人的估算每日摄入量（estimated daily intake，EDI）、危害商数（hazard quotient，HQ）和危害指数（hazard index，HI），并用方差分析和Tukey检验进行统计比较。
**改良剂对土壤化学性质、PTE总量和有效态浓度的影响**
**土壤pH和电导率（EC）**：在4WAP和收获期，所有改良剂均提高土壤pH，联合处理pH最高。FA在所有农场中显著提高土壤EC，但收获期EC较4WAP降低，可能与盐分淋溶、降雨稀释和植物吸收有关。
**PTE总量和有效态浓度**：与对照相比，FA、COMP、LIG和联合处理分别使土壤中Cr、Ni、Cu、As、Zn、Pb总浓度降低超过7.7%、21.4%、30.8%和36.0%；LIG对有效态PTE的降低效果优于FA和COMP，联合处理有效态浓度最低。这主要与改良剂引起的pH升高和有机质增加有关。
**改良剂对花生干物质产量的影响**
处理对根、茎、壳、籽粒及总生物量均影响极显著（p<0.0001），农场×处理交互不显著。所有改良剂均提高花生干物质产量，联合处理总干物质产量最高（135.94 g plant
?1），对照最低。产量提升可能与土壤pH升高、PTE有效性降低以及改良剂提供的养分有关。
**改良剂对花生组织PTE浓度的影响**
**根**：对照根中Ni、Zn浓度最高；COMP使Ni浓度降低超过50%。Cr、Cu、As、Pb存在显著的农场×处理交互，联合处理在各农场降低幅度均最大。
**茎**：除Cr外，处理对Ni、Cu、Zn、As、Pb均有显著主效应；FA、COMP、LIG及联合处理使Ni、Cu、Zn降低超过20%，联合处理使As、Pb降低超过40%。Cr存在交互作用，联合处理降幅最大。
**壳**：Cr、Cu、Zn无交互，COMP和LIG使Cr、Cu降低超过35%；Ni、As、Pb存在交互，联合处理在各农场降低最多。
**籽粒**：LIG和联合处理中Ni、Cu、Zn、As、Pb浓度最低；Cr存在交互，联合处理使Cr降低超过30%。尽管改良剂降低了籽粒PTE浓度，但Ni、Cu、As仍高于食品最大允许限量（maximum permissible limits，MPL）。
**改良剂对EDI、HQ和HI的影响**
**EDI**：对照EDI最高，所有改良剂均显著降低PTE的EDI，LIG和联合处理多数PTE的EDI最低；儿童EDI高于成人。Cr的EDI存在农场×处理交互，联合处理降幅最大。
**HQ和HI**：对照HQ和HI最高，儿童HI为10.57，成人HI为9.20；联合处理使儿童HI降至5.29，降幅约50%。然而，Ni、Cu、As、Pb的HQ在改良剂施用后仍高于1，Zn低于1。Cr的HQ在农场1对照中儿童为3.18、成人为2.76，改良剂可降低但未能完全消除风险。
在讨论中，研究人员将改良剂降低PTE有效性的机制主要归因于碱性改良剂的石灰效应提高土壤pH，以及有机质对PTE的吸附、络合和沉淀作用；FA的高EC与其自身可溶性盐含量较高有关。联合处理通过多种机制协同增强PTE固定效果，从而最大程度减少花生吸收和人群暴露。尽管部分风险指数仍高于1，但改良剂显著降低了HQ和HI，显示出其在矿区污染农田中降低食品安全风险的潜力。
本研究为工业副产物和低成本有机改良剂可持续用于减少矿区农田作物PTE污染提供了新证据。研究表明，施用FA、COMP、LIG及其组合可有效降低BCL Cu-Ni矿周边花生中的PTE含量。在所有农田中，改良剂不仅促进了PTE的固定和削减，还显著提高了花生生物量，并降低了根、茎、壳和籽粒对Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb的吸收。综合干物质产量和花生组织PTE含量，联合处理（FA+COMP+LIG）优于单一改良剂，其通过提高土壤pH、降低有效态PTE浓度，显著减少了籽粒PTE含量及相关食用健康风险。尽管部分PTE的HQ和HI仍高于1，但所实现的削减凸显了联合改良剂策略缓解PTE污染和促进安全农业实践的潜力。本研究结果仅限于一个种植季；鉴于PTE通过食物链持续存在的健康风险，需要进一步长期研究评估修复效果的持久性，并优化改良剂施用剂量和频率。总体而言，花生组织PTE浓度的降低有助于依据国际公认的人体健康风险评估框架和食用作物允许限值改善食品安全。
