标题：Fate, transport, and plant uptake of ricinine in soils amended with castor cake organic fertilizer

译名：土壤中施用蓖麻饼有机肥料后，蓖麻碱的归趋、迁移及植物吸收

期刊：Journal of Hazardous Materials

IF：13.6

通讯作者：Ya-Hui Chuang

DOI：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138454

亮点

•建立了适用于蓖麻饼、土壤和作物中蓖麻碱及其代谢物的QuEChERS-LC-QTOF/MS检测方法。

•商业蓖麻饼肥料含有较高含量的蓖麻碱。

•蓖麻碱对土壤和生菜的亲和力较低，因此在土壤中具有高迁移性，且易被植物吸收。

•渗透液中蓖麻碱及其代谢物的检出，暗示它们能够在土壤中随水向下迁移，存在污染地下水的风险。

•蓖麻碱及其代谢物在生菜中积累，带来了食品安全风险。

研究背景：蓖麻饼的“双面性”

全球每年产生约184万吨蓖麻饼，其中台湾地区因无本地蓖麻种植，完全依赖进口蓖麻饼作为有机肥原料。蓖麻饼中同时存在蓖麻毒素和蓖麻碱两种毒素，前者因分子量较大（约65 kDa）难以检测，而蓖麻碱（分子量164.16 g/mol）成为评估风险的理想替代指标。

尽管蓖麻饼作为有机肥具有农业可持续性优势，但其毒素的环境行为研究仍存在明显不足：

蓖麻碱在土壤中的迁移能力及转化途径尚不明确

植物吸收累积规律缺乏系统数据支撑

现行施用后14天的种植间隔期是否安全有待验证

图（1）

图1. 蓖麻碱在土壤-植物系统中的命运与迁移路径示意图

研究目的

建立与验证分析方法：开发并验证一种适用于蓖麻饼、土壤和作物（生菜）基质中蓖麻碱提取与定量的稳健方法。

调查实际残留水平：检测市售蓖麻饼有机肥中蓖麻碱的残留浓度，评估其输入环境的潜在负荷。

探究环境行为：研究蓖麻碱及其代谢产物（N-去甲基蓖麻碱）在两种不同性质土壤中的吸附、迁移和转化规律。

评估食物链风险：考察生菜对蓖麻碱及其代谢产物的吸收、累积和转运（从根到茎叶的运输）情况。

研究方法：从实验室分析到田间验证

研究团队建立了一套完整的分析方法和实验体系，揭示蓖麻碱的环境行为：

1. 高灵敏度检测方法的建立

开发了基于改良QuEChERS结合LC-QTOF/MS（液相色谱-四极杆飞行时间质谱）的分析方法，实现了对蓖麻饼、土壤和生菜中蓖麻碱的精准定量：

回收率：74.0-93.3%
检测限（MDL）：0.01-0.32 µg/kg
方法稳定性：相对标准偏差（RSD）<5.7%

2. 多场景实验设计

吸附实验：评估蓖麻碱在两种土壤（惠荪森林土和草屯水稻土）和生菜根系的吸附系数（Kp）

土柱淋溶实验：模拟田间灌溉条件，监测14天内蓖麻碱在淋出液、土壤孔隙水和固相中的分布变化

植物吸收实验：通过土培（2、10、20 g/kg三个蓖麻饼施用水平）和水培（50 µg/L蓖麻碱暴露）系统研究生菜吸收累积规律

核心发现：蓖麻碱的“高迁移-高累积”特性

1. 商业蓖麻饼中蓖麻碱含量惊人

对台湾市场16种商业蓖麻饼有机肥的检测显示，蓖麻碱浓度范围为815-1130 mg/kg，平均值达980 mg/kg。其中CC-1样品（台湾广泛使用的品牌）含量为1094±193 mg/kg，被选为后续实验材料。

图（2）

图2. 16种商业蓖麻饼有机肥中蓖麻碱浓度分布（单位：mg/kg）

2. 低吸附性导致高环境迁移风险

吸附实验表明，蓖麻碱及其代谢物N-去甲基蓖麻碱在供试土壤中表现出极低的吸附能力：

注：Kp值越低，表示吸附能力越弱，迁移性越强

图（3）

图3. 蓖麻碱和N-去甲基蓖麻碱在土壤和生菜根系中的吸附等温线

3. 蓖麻饼施用土壤中蓖麻碱的环境归趋与迁移

土柱淋溶实验揭示了蓖麻碱的动态迁移规律：

短期（1天）：草屯水稻土淋出液中蓖麻碱浓度高达758.2±265.0 µg/L，显著高于惠荪森林土（104.5±32.2 µg/L）

中期（7天）：两种土壤中蓖麻碱浓度均显著下降，但惠荪森林土仍保持较高残留

长期（14天）：草屯水稻土中蓖麻碱已低于检测限，而惠荪森林土中仍可检出（土壤固相796.1±37.4 µg/kg）

值得注意的是，蓖麻碱和N-去甲基蓖麻碱在两种土壤中均持续检出，表明它们在土壤中可能会向下迁移带来地下水污染的风险，也可能会被其它作物吸收。

图（4）

图4. 蓖麻碱在两种土壤中的浓度变化（a,c）及质量分布（b,d）

4. 生菜对蓖麻碱的高效吸收与转运

土培实验显示，蓖麻碱及其代谢物在生菜中呈现剂量依赖性累积特征：

20 g/kg施用水平下：生菜地上部蓖麻碱达5.0±1.70 µg/株，N-去甲基蓖麻碱达9.98±1.79 µg/株

组织分布：地上部积累量显著高于根部（约2-4倍），符合"低根系吸附-高向上转运"规律

水培验证：168小时暴露后，生菜地上部的蓖麻碱积累量占初始量的2.94% 到 9.07%，且未检测到N-去甲基蓖麻碱，证实该代谢物主要源于土壤微生物转化而非植物体内代谢

图（5）

图5. 不同蓖麻饼施用水平下生菜中蓖麻碱和N-去甲基蓖麻碱的浓度（a）与累积量（b）

结论

本研究系统揭示了蓖麻饼作为有机肥料所存在的显著环境与食品安全风险。基于LC-QTOF/MS的分析方法证实，进口蓖麻饼中蓖麻碱含量较高，其代谢产物N-脱甲基蓖麻碱在土壤中具有强迁移性，可被生菜等作物吸收富集，直接构成食品安全隐患。同时，蓖麻饼中残留的蓖麻毒素等共污染物进一步加剧了环境与健康风险。研究指出，当前施用的14天等待期不足以有效消减风险，需开展针对不同土壤类型的特异性评估，并建议暂停在粮食作物上的使用或严格限制其施用，同时应制定类似农药的专项监管指南。未来需深入探究其环境归趋、代谢转化机制及解毒技术，以在保障农业可持续发展的同时，实现生态安全与食品安全的统筹协调。