锑（Sb）是一种具有潜在致癌毒性的金属元素，其在环境中的污染和生物累积引起了全球范围内的广泛关注。锑矿的开采和冶炼活动会释放大量的锑及其化合物，导致土壤、水体锑污染和农作物锑超标，进而通过食物链对人类健康产生威胁。水稻是全球30亿人的主要粮食作物，被认为是人类锑暴露的主要途径之一，特别是在亚洲国家。贵州省独山县是中国重要的锑矿冶炼基地之一，该地区的土壤-水稻锑污染问题亟待深入研究和解决。已知锑在土壤剖面及土壤-植物系统中的迁移转化受多种生物地球化学过程控制，然而，其主控因素仍有待进一步探讨。
本研究以独山锑冶炼厂周边土壤-水稻为主要研究对象，系统评估了该区域土壤-水稻系统中的锑污染特征及其对人体健康的风险，并创新性的应用锑同位素分析技术，探讨了土壤剖面和土壤-水稻系统中锑的迁移转化过程及其过程中的锑同位素分馏及主控因素，主要得到以下认识。
（1）通过对冶炼厂周边稻田土壤和稻米样品的采集与分析，发现稻田土壤中的锑含量在2.76~128.00 mg/kg之间，平均值为20.83±36.99 mg/kg，显著高于贵州省土壤背景值（2.24 mg/kg）和中国农用地土壤污染风险筛选值（10.00 mg/kg）。冶炼厂周边2~3公里范围内土壤锑含量较高，土壤中的高锑含量呈西北-东南方向的条带状分布，具有明显的空间分布特征，受冶炼活动、大气沉降和主导风向影响。稻米中的锑含量在0.0070~0.27 mg/kg之间，虽然均低于香港食物安全指引的稻米锑含量上限值（1.00 mg/kg），但部分样品中锑含量明显偏高，稻米对锑的生物积累系数在0.00015~0.032之间，表明稻米中锑的积累与土壤中锑含量的相关性不强，受外源因素影响较大，可能与大气沉降的含锑颗粒物在水稻叶面的吸附有关（通过锑同位素组成可以排除冶炼源物质的影响）。健康风险评估结果显示，儿童和成人主要通过稻米摄入和手口摄入锑，儿童的非致癌健康风险指数为1.09，超过了安全阈值1，存在潜在的健康风险，成人的风险指数虽然低于1，但仍需关注。建议当地居民减少本地受污染大米的摄入，加强对儿童的卫生普及教育，避免在污染区域长时间停留。
（2）通过对土壤剖面中锑的浓度、赋存形态和锑稳定同位素组成等进行分析，发现对照土壤和污染土壤剖面中锑的垂直迁移能力有限，可迁移态锑占土壤总锑的占比小于4%，污染土壤剖面中锑的迁移性高于对照土壤剖面中的锑，对照土壤剖面中锑的可迁移态锑占比接近0%，冶炼源锑的加入导致了污染土壤中锑的积累。两个土壤剖面的表层和底层的δ123Sb值分别为0.23‰~1.19‰和0.58‰~0.66‰，而冶炼源样品的δ123Sb值为0.29‰~0.38‰。土壤剖面中的锑同位素和总有机碳组成的变化表明，有机质的吸附对土壤剖面中Sb的同位素组成影响不大，土壤剖面中的锑同位素组成受到沉积后生物地球化学过程的影响。具体的，对照土壤剖面0~10cm和10~40cm轻同位素的富集和亏损可能受植物提取过程的控制；污染土壤剖面中冶炼源锑在0~10cm和10-25cm重同位素的亏损和富集可能受铁（氢）氧化物的吸附过程控制，而25-80cm轻同位素的富集可能与铁氧化物的还原溶解过程有关。
（3）通过对土壤-水稻系统中锑的浓度和同位素组成的分析，水稻叶和稻米中分别具有最高和最低的生物积累系数，根中较高的生物积累系数主要与根际铁膜在根表面的吸附有关，而不是来自水稻根系自身的积累。两组水稻根、茎、叶和稻米样品中δ123Sb值分别为-0.040‰~0.26‰和-0.10‰~0.12‰。水稻叶的δ123Sb值分别为-0.077‰和-0.095‰，对比冶炼源物质的δ123Sb值（0.33±0.08‰），说明叶片中的Sb同位素组成与冶炼源无关。锑同位素组成的变化趋势表明，土壤到根中重Sb同位素的富集主要受控于水稻根系细胞壁的固定作用，而根到茎、叶和稻米中轻Sb同位素的富集可能主要受控于水通道蛋白对Sb(III)的主动运移和孔隙水中Sb(III)随蒸腾流的被动运移。此外，稻米相对叶中富集重Sb同位素可能还受控于Sb与有机配合物的螯合过程。
本研究深化了对独山锑冶炼区土壤-水稻系统中锑污染特征及其迁移转化机制的认识。同时，利用锑稳定同位素分析技术，揭示了锑在表生环境中的生物地球化学循环过程，为锑稳定同位素在环境系统中的应用提供了新的思路。