中国西南地区土壤-水稻系统中PTEs的多源归因与迁移动态

《Scientific Reports》：Multisource attribution and transfer dynamics of PTEs in soil–rice systems in Southwestern China

　　

摘要

土壤-水稻系统中的潜在有毒元素污染对食品安全和人类健康构成严重威胁。为研究这些元素的来源及其在土壤-水稻系统中的迁移规律，研究人员从中国西南部重庆的典型水稻种植区采集了225份土壤样本和90份水稻样本。检测了11种潜在有毒元素（砷、镉、铬、铜、汞、锰、钼、镍、铅、硒和锌）的浓度，并通过正矩阵因子化模型结合富集度和迁移指数分析了它们的来源与迁移特征。研究结果表明，土壤中以锌和锰为主，而砷、镉和汞则表现出明显的空间异质性，且有外来干扰的迹象。正矩阵因子化分析确定了土壤污染的五个来源：地质背景因素（39.5%）、农业活动来源（34.8%）、轻工业活动及污水灌溉（17.8%）、含砷的城市污染混合来源（5.7%）以及工业排放和大气沉降（2.2%）。在水稻植株中，镉、砷和硒在根部含量显著升高（生物累积系数大于2.6），而籽粒中的含量则较低，这表明根部存在一定的保护作用。对水稻的源解析显示，工业活动和交通（40.8%）、农业及灌溉用水（34.5%）、煤炭燃烧及废物处理（24.7%）是主要污染来源。元素在水稻植株内的迁移规律表明，不同元素的迁移特性存在差异：镉的向上迁移能力相对较强，锌则在茎部更易积累，而大多数元素的籽粒积累量仍然较低。本研究有助于了解土壤-水稻系统中潜在有毒元素的来源特征及迁移规律，为水稻土修复和农产品安全管理提供了理论依据。