英国莱斯特郡城乡绿地土壤与野生真菌中镉、铜及锌的空间分布及其土壤-真菌转移特征

《Environments》：Spatial Distribution and Soil-to-Fungus Transfer of Cadmium, Copper, and Zinc in Urban and Rural Green Spaces of Leicestershire, UK

　　

城市与乡村绿地表层土壤可累积潜在有毒元素(potentially toxic elements, PTEs)，且支持可富集金属(wild mushrooms that concentrate metals)的野生蘑菇生长。研究人员定量分析了英国莱斯特郡(Leicestershire)表层土壤及自然生长野生蘑菇中的Cd、Cu和Zn含量，评估了其空间分布格局、物种及组织特异性富集程度、表观土壤-真菌转移(apparent soil-to-fungus transfer)，并进行了膳食暴露筛查情景分析。样品经酸消解后用电感耦合等离子体质谱仪(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)测定；左删失数据采用R/NADA包处理，表观生物富集系数(bioconcentration factors, BCFs)由匹配象限(quadrant-level)中位数计算。城市表层土壤Cu和Zn的中位数高于乡村土壤，而Cd中位数相近；西南(SW)象限三种金属表层土壤中位数均最高。蘑菇中金属分布更具异质性：SW象限蘑菇Cd中位数最高(3.15 mg kg?1干重,dw)，西北(NW)象限Cu和Zn中位数最高，其中Zn达301.29 mg kg?1dw。Agaricus bitorquis（大肥菇/双孢菇近缘种）菌盖(cap)在所保留分类单元(taxa)中Cd和Cu中位数最高，而Mycena citrinomarginata（黄边小菇）Zn中位数最高。Cd表现出最强表观转移，城市合并(pooled) BCF为4.66。除个别A. bitorquis菌盖样品超出限值外，蘑菇Cd中位数低于欧盟(European)野生真菌Cd最大限量(maximum level)的近似干重当量。成人偶发食用量估算值低于所选健康指导值(health-based guidance values)。野生蘑菇可作为公共绿地中生物有效性金属(biologically expressed metal availability)有用的补充生物监测器(complementary biomonitors)。

《英国莱斯特郡城乡绿地土壤与野生真菌中镉、铜及锌的空间分布及其土壤-真菌转移特征》论文解读

一、研究背景与立题依据

土壤潜在有毒元素(potentially toxic elements, PTEs)污染因金属与类金属(metalloid)具持久性、难生物降解及易在表层土壤累积而备受关注，影响生态系统服务及人体健康。城市与城郊表层土壤可成为交通排放、工业遗留、大气沉降、建材、废弃物等扩散性人为输入的长效汇(sink)，但总金属浓度未必反映其生物有效性(bioavailability)。已有研究表明野生蘑菇(wild mushrooms/fungi)可富集Cd、Cu、Zn等元素，且富集具物种特异性(species-specific)和组织差异性，是反映局部金属生物有效性的潜在生物监测器(biomonitor)。然而英国本土将休闲绿地配对(topsoil–fungus paired)土壤与野生真菌金属转移直接结合的研究仍较匮乏，本研究以英国莱斯特郡(Leicestershire)为案例，填补城乡绿地表层土壤与自生野生蘑菇中Cd、Cu、Zn分布及表观土壤-真菌转移(apparent soil-to-fungus transfer)研究的空白。该论文发表于《Environments》。

二、主要关键技术方法概述

研究于2017年5月至2018年3月采集莱斯特(Leicester)市18个城市公园/开放绿地及莱斯特郡8处乡村绿地0–5 cm表层土壤，分别按固定网格(城市)或随机(乡村)多点取样后混合为区域水平(area-level)复合样品(homogenised composites)；2019年9–11月于莱斯特市区选定绿地及布拉德盖特公园(Bradgate Park，代表乡村公共公园)采集自然生长野生蘑菇并做DNA条形码(species identification by DNA barcoding, ITS region)鉴定，部分标本分离菌盖(cap)与菌柄(stipe)。土壤经微波辅助酸消解(HNO₃+HCl)提取拟总(pseudo-total)态金属；蘑菇干样经敞口Teflon容器HNO₃+H₂O₂消解，二者Cd、Cu、Zn均用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS, Agilent 7900)测定，同位素为¹¹¹Cd、⁶⁵Cu、⁶⁶Zn。以标准参考物质(CRM059-50G土、NIST SRM 1570a菠菜叶)进行质控，检出限(limit of detection, LoD)以下左删失(left-censored)数据用R/NADA包按删失比例选用Kaplan–Meier、ROS?MLE等方法处理。表观生物富集系数(apparent bioconcentration factor, BCF)=C_mushroom/C_topsoil（均为mg kg^?1干重,dry weight, dw），由匹配城市象限(quadrant)中位数计算；对可食种类按干物质分数(dry matter fraction, DMF)0.10换算鲜重并估算偶发每周摄入量(estimated weekly intake, EWI)对照EFSA耐受/可接受摄入量(TWI/ADI/UL)。土壤理化性质(pH、电导率EC、有机质organic matter OM、质地texture)按西班牙官方规程测定以辅助解释金属行为。

三、研究结果

3.1 分析性能与保留数据集(Analytical Performance and Retained Dataset)

土与蘑菇中Cd、Cu、Zn加标回收率分别为土105%/106%/105%、蘑菇90%/102%/97%，在痕量元素分析可接受范围(80–120%)，证实消解–ICP?MS方法可靠。原始采集157份蘑菇标本(17个分类单元)，经筛选保留含足够重复且有分析覆盖度的5个分类单元子集进行分析。

3.2 莱斯特郡表层土壤中Cd、Cu和Zn浓度(Cd, Cu, and Zn Concentrations in Topsoil Across Leicestershire)

全郡表层土壤Zn中位数最高(119.02 mg kg^?1)，其次Cu(35.45 mg kg^?1)、Cd(0.32 mg kg^?1)；城市土壤Cu(43.78 vs 32.68 mg kg^?1)、Zn(125.93 vs 102.39 mg kg^?1)中位数显著高于乡村(p<0.05)，Cd城市与乡村中位数相近(0.32 vs 0.31 mg kg^?1, p=0.09)。SW象限三种金属表层土壤中位数均最高(Cd 0.50、Cu 51.35、Zn 156.26 mg kg^?1)，NE象限Cu、Zn最低——表明城市绿地土壤存在空间异质性与扩散性人为富集。

3.3 莱斯特郡野生蘑菇中Cd、Cu和Zn浓度(Cd, Cu, and Zn Concentrations in Wild Mushrooms Across Leicestershire)

城市合并蘑菇Cd、Cu、Zn中位数分别为1.48、56.90、111.36 mg kg^?1dw；象限间差异显著：SW象限Cd中位数最高(3.15 mg kg^?1dw，受Panaeolus foenisecii高值影响)，NW象限Zn中位数突出(301.29 mg kg^?1dw)。Bradgate Park保留的Coprinopsis atramentaria子集Cd较低(0.15 mg kg^?1dw)，Cu、Zn处于城市组范围。蘑菇金属分布比土壤更不均，且不简单复制土壤空间格局。

3.4 与欧盟野生真菌Cd最大限量筛查比较(Screening Comparison with the European Cd Maximum Level for Wild Fungi)

欧盟规定野生真菌鲜重Cd最大限量为0.50 mg kg^?1，按DMF=0.10折算约5.0 mg kg^?1dw。各城市象限及合并蘑菇Cd中位数均低于此近似干重当量；A. bitorquis菌盖中位值3.88 mg kg^?1dw未超但最大值(6.60 mg kg^?1dw)超出——提示个别路边/城市草坪采摘的高Cd个体需谨慎对待。Cu、Zn无等效统一限量故不做超标判定。

3.5 野生蘑菇物种特异性Cd、Cu、Zn富集(Species-Specific Accumulation of Cd, Cu, and Zn in Wild Mushrooms)

保留类群中A. bitorquis菌盖Cd(3.88 mg kg^?1dw)、Cu(114.91 mg kg^?1dw)中位数最高；M. citrinomarginataZn中位数最高(111.36 mg kg^?1dw)，表明不同元素优势富集菌种不同，受菌种生理、基质条件及组织分配共同调控。

3.6 Cd、Cu和Zn在菌盖与菌柄间的分布(Distribution of Cd, Cu, and Zn Between Cap and Stem Tissues)

A. bitorquis菌盖三种金属浓度均高于菌柄，帽柄比(cap-to-stem ratio)Cd为1.88、Zn为1.59、Cu为1.23，Cd组织差异最明显，说明菌盖(常食用部分)富集相对较高。

3.7 Panaeolus foenisecii公园内比较(Park-Level Comparison of Panaeolus foenisecii)

同物种在Braunstone Park(位于SW象限)的Cd、Cu、Zn中位数高于Abbey Park(NE象限)，可能与前者更低pH、更高有机质及湿度致金属移动性增加有关，但因样本量小(n=5)仅供补充说明。

3.8 整合土壤–野生蘑菇比较与表观土壤–真菌转移(Integrated Topsoil–Wild Mushroom Comparison and Apparent Soil-to-Fungus Transfer)

城市象限匹配表观BCF：Cd全部>1(范围1.83–7.17，合并4.66)，Cu全部>1(1.27–2.51，合并1.30)，Zn在NW(2.62)与SE(~1.00)接近或>1但NE、SW<1(合并0.88)。Cd相对富集最强，指示野生蘑菇对土壤生物有效性Cd敏感；BCF应理解为区域水平表观转移指标而非个体吸收常数。

3.9 可食野生蘑菇膳食暴露筛查结果(Dietary Exposure Screening Results for Edible Wild Mushrooms)

按成人70 kg、每周食用100 g鲜菇(折干DMF=0.10)估算：A. bitorquis所致Cd估计周摄入量为0.55 μg kg^?1bw week^?1(占EFSA Cd TWI 2.5 μg kg^?1bw week^?1之22.2%)，M. oreades仅1.1%；Cu、Zn估算摄入远低于各自ADI/UL。偶发食用下所选可食菌种Cd、Cu、Zn摄入未超过健康指导值，Cd为最需关注的要素。

四、讨论与结论总结(翻译结论部分)

该研究测定了英国莱斯特郡城乡绿地表层土壤与自然生长野生蘑菇中Cd、Cu、Zn含量。城市表层土壤Cu与Zn中位数高于乡村土壤，而Cd中位数在城市与乡村组间相近。城市象限中SW象限三种金属表层土壤中位数均最高，表明该城区存在空间一致的富集模式。野生蘑菇表现比土壤更强的空间、分类单元及组织特异性变异：SW城市蘑菇组Cd中位数最高(受Braunstone Park P. foenisecii子集影响)，NW城市蘑菇组Cu与Zn中位数最高(尤Zn突出)；保留类群中Agaricus bitorquis菌盖Cd与Cu中位数最高，而Mycena citrinomarginataZn中位数最高；配对A. bitorquis组织中Cd、Cu、Zn优先富集于菌盖。表观生物富集系数(BCF)显示Cd在野生蘑菇子实体中的相对富集强于Cu或Zn，支持野生蘑菇可作为公共绿地中生物表达Cd有效性有用的补充生物监测器，但BCF应解释为区域水平表观转移指标而非个体吸收系数，因为土壤为均化区域复合样且蘑菇为机会性采集。筛查性食品安全解释表明蘑菇Cd中位数低于欧盟野生真菌Cd最大限量的近似干重当量，尽管个别A. bitorquis菌盖样品超出该近似值；所用偶发消费情景下可食分类单元Cd、Cu、Zn估计摄入量低于所选健康指导值，其中Cd为暴露解释时最相关的元素。综上，配对土壤–野生蘑菇数据集可揭示公共绿地金属分布、生物富集及表观土壤–真菌转移，但解释须明确考虑物种身份、组织类型、局部微生境、土壤理化属性及总土壤浓度、生物有效性金属组分与潜在生物可及性(bioaccessible)膳食暴露间区别。