农业重金属污染是目前西南地区所关注的重大生态环境问题，其对当地人群健康、粮食安全构成了严重威胁。在所有重金属中，镉（Cd）的污染问题最为严重。西南喀斯特地区是我国最具代表性的重金属地质高背景区，其土壤重金属背景值要高于全国其他地区，这里的土壤重金属超标情况与地质作用密切相关。然而，人们对岩溶地质高背景地区土壤镉等重金属的内生成因、富集机制、来源以及土壤—水稻系统中重金属的生物有效性和环境风险等问题尚缺乏系统研究，制约着西南喀斯特区域生态环境保护和农业可持续发展。
以贵州和广西地区为代表的西南喀斯特是我国岩溶地貌分布最为广泛的区域之一，也是我国重金属自然成因富集程度最高且分布面积最大的地区，具有典型的地质高背景特征，备受关注。本论文选择以贵州和广西碳酸盐岩分布区为研究区，通过野外采样和文献数据调研搜集荟萃分析相结合，获取了大量碳酸盐岩(n=608)、土壤剖面(n=51)、表层土壤(n=1949)和稻米(n=2259)等样品的镉含量数据，并据此对喀斯特地区岩石—土壤—水稻体系中重金属的分布规律、迁移特征、富集机制和影响因素等进行了深入研究，所取得的主要研究成果有：
(1)西南岩溶地区碳酸盐岩中Cd的含量变化较大，均值为0.418 mg/kg，中值为0.229 mg/kg，Cd 元素含量范围在0.003~6.78 mg/kg 之间。不同时代地层的碳酸盐岩也有较大差异，总体表现为：寒武系＞二叠系＞三叠系＞石炭系＞泥盆系岩石。此外，不同岩性之间也有差异，Cd在灰岩中的含量要显著高于白云岩。不同地层发育土壤中重金属Cd的富集状况不同，其中贵州和广西两个地区的石炭系和二叠系地层土壤的Cd含量要高于三叠系和泥盆系，这与对应碳酸盐岩的Cd含量特征较为一致，指示了由岩性主导的岩溶地质高背景特性。
(2)在碳酸盐岩成化成土过程中，Cd在剖面最底部的基岩-土壤界面会有一次异常富集，富集倍数最高超过100倍。随后，在土壤发育过程中，元素Cd因淋滤流失而亏损，紧接着逐渐趋于稳定，不会再发生太大的含量变化。岩溶地质高背景土壤剖面中，Cd表现出在剖面底部富集的特征，与人为污染区富集于剖面顶部的特征截然相反。在土壤发育过程中，Cd也可能被吸附于含Fe、Mn或Si、Al的矿物中，如铁锰氧化物、硅铝酸盐等，表现出与这些元素非常显著的相关性。
(3)西南喀斯特表层土壤中Cd元素的均值为0.91 mg/kg，是全国表层土壤Cd背景值(0.097 mg/kg)的9.38倍。广西喀斯特地区表层土壤中Cd元素的含量要高于贵州喀斯特地区。土壤pH和有机质含量的上升会促进形成偏碱性的土壤环境，这种环境有利于土壤基团对重金属的吸附，使其富集在土壤中；土壤中的Ca、Fe、Mn等元素含量越高，Cd元素的富集程度越高，因为这些大量元素所构成的土壤基团如粘土矿物、铁锰氧化物等都是重金属的重要载体，其组成对于土壤重金属富集有重要影响。随着土壤风化程度的加深，重金属富集程度不断提高。
(4)研究区稻田土壤元素Cd含量的均值为0.747 mg/kg，是全国表层土壤Cd背景值(0.097 mg/kg)的7.7倍。水稻籽实元素Cd含量的均值为0.091 mg/kg，超标率为12.8%。研究区稻米超标的点位多集中在土壤低Cd含量、低pH值的区间，而在土壤高Cd区间，水稻籽实Cd的含量反而逐渐降低。影响Cd在土壤-水稻中迁移富集的因素主要有土壤pH、有机质和土壤CaO，当稻田土壤pH值和土壤有机质含量上升时，会显著降低水稻Cd的生物富集系数。当土壤中CaO含量低于1%时，它能有效降低水稻BCF-Cd的值，土壤CaO通过影响土壤Cd的生物有效态，增加土壤的碱性，同时吸附Cd离子，抑制其向水稻转运。用0.01M CaCl2来提取喀斯特土壤的生物有效态Cd，其与水稻籽实Cd有显著的正相关关系(p<0.05)，说明0.01M的CaCl2可以有效表征岩溶地区土壤重金属的生物有效态。将土壤-水稻Cd超标的对应关系分为三个区间，土壤Cd与稻米Cd均表现出负相关的趋势。在土壤Cd超标-稻米Cd超标区间，水稻籽实Cd的含量主要是受控于土壤CaO和土壤有效态；在土壤Cd不超标-稻米Cd不超标区间，水稻籽实Cd主要受控于土壤pH；在土壤Cd超标-稻米Cd不超标区间，水稻籽实Cd主要受控于土壤pH和生物有效态，但是生物有效态又与铁锰氧化物含量呈显著负相关，说明了铁锰氧化物对土壤Cd具有较强的吸附作用。
(5)海拔和气候等自然因素在宏观上影响着喀斯特土壤Cd元素的迁移富集。岩石-土壤界面Cd的富集系数与海拔显著负相关，与降雨量显著正相关。高海拔地区带来的低温少雨限制了碳酸盐岩的成土风化，造成了母岩风化速率慢、程度低的问题，从而使Cd的富集系数要小于低海拔高温多雨地区。地形坡度也会造成土壤Cd的迁移富集，大坡度农田更容易形成Cd的富集迁移。