腐植酸与富里酸对稻土中镉砷复合污染稻米Cd/As浓度及膳食健康风险的影响

《Toxics》：Effects of Humic Substance Amendments on Cadmium and Arsenic Availability, Concentrations, and Potential Health Risk in Rice

　　

摘要

镉（Cd）与砷（As）在水稻土中的复合污染是保障水稻安全面临的主要挑战。腐殖质有望调控这些金属（类金属）的迁移性，但不同腐殖质对稻米中Cd/As浓度、分布以及膳食健康风险的具体效应仍有待明确。为此，本研究利用历史上受采矿影响的Cd/As复合污染水稻土开展盆栽试验，在等碳量施用条件下，比较两种商业化改良剂——腐植酸（FA）与富里酸（HA）——对Cd/As可提取性及"土壤—根表铁膜—籽粒"连续体中基于浓度的分布，以及由此产生的潜在膳食风险的影响。每种处理设置3个重复盆栽，每个盆栽作为一个实验单元，共39盆。结果表明，施用FA和HA使CaCl₂可提取态Cd下降24.64%—67.63%，而KH₂PO₄可提取态As则增加15.83%—44.55%。Cd可提取性的降低伴随铁/锰氧化物结合态Cd的增加。此外，可提取态As的增加与溶解态及铝结合态As的升高、铁结合态As的降低相关。这些变化与有机碳含量增加、Eh降低以及铁氧化物形态的改变有关。FA和HA的施用还将籽粒Cd浓度降至0.05—0.30 mg kg^?1，降幅为30.95%—87.68%。然而，籽粒As浓度呈现依赖改良剂种类和施用剂量的响应，浓度范围为0.48—0.62 mg kg^?1：在较高FA用量下降低10.50%—12.47%，而在部分HA处理下则增加12.09%—14.21%。这种籽粒As响应的差异与铁膜相关态As以及基于浓度的转移系数的变化相关，提示砷在稻体各组织间的分配发生改变。相关性分析与随机森林分析表明，在本研究中，溶解性有机碳（DOC）、铁膜中的金属以及pH是与籽粒Cd/As变化关联最强的变量。由于未测定无机态砷，本研究在筛选水平健康风险评估中以籽粒总砷作为无机砷的保守替代指标。在此假设下，尽管HQ-Cd有所降低，HQ-As仍是累积危害指数（HI）的主要贡献者，且所有HI值仍大于1。总体而言，两种改良剂均降低了籽粒Cd浓度，但其对Cd/As的联合响应因施用剂量不同而存在差异。较高的FA用量可同时降低籽粒Cd和籽粒As，而中等HA用量虽降低了籽粒Cd，却使籽粒As升高。这些发现揭示了在土壤—水稻连续体中存在的依赖改良剂种类与施用剂量的Cd/As权衡关系，并强调土壤As可提取性的增加并不必然导致籽粒As浓度升高。