砷污染土壤—水稻中砷形態(tài)的變化特征及其影響因素研究.pdf

1、近年來，包括我國在內的世界上很多國家和地區(qū)都受到了不同程度的砷污染。作為亞洲主要糧食作物之一的水稻，由于稻田厭氧的特殊性質和水稻髓腔中空的特殊解剖結構，砷在稻米中的含量遠高于旱作農作物。但砷總量并不是評價其健康風險的唯一指標，砷的存在形態(tài)與其生物毒性關系更為密切。土壤-植物中砷的形態(tài)主要有無機砷和有機砷，無機砷主要包括亞砷酸（鹽）(AsⅢ)和砷酸（鹽）(AsⅤ);有機砷主要是單甲基砷酸（鹽）(MMAⅤ)和二甲基砷酸（鹽）(DMAⅤ)，其

2、毒性順序為:AsⅢ＞ AsⅤ＞ MMAⅤ＞ DMAⅤ，無機砷的毒性明顯高于有機砷。土壤的物理化學和生物學特性都會影響砷形態(tài)的變化，例如有機質、土壤氧化還原狀況和土壤微生物等?；诖耍狙芯窟x擇了水稻種植區(qū)的砷污染土，模擬水稻的生長環(huán)境，擬開展不同培養(yǎng)溫度、土壤是否滅菌、外源添加硅和有機質對土壤溶液中砷形態(tài)及總砷濃度動態(tài)變化的影響研究，以及淹水和干濕交替水分管理模式下外源硅和有機質對土壤溶液及水稻各部位砷累積規(guī)律的影響研究，分析了砷污染土

3、壤-水稻體系中砷的賦存形態(tài)、有效性及其相應的影響因素，篩選出降低土壤中砷的生物有效性以及減少植物對砷吸收的主要可行途徑。主要的研究結果如下:
　　 (1)淹水—控溫模式下砷污染水稻土溶液中砷形態(tài)變化的研究
　　 采用室內生物學模擬試驗的研究方法，結合高效液相色譜(HPLC)-電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)聯(lián)用分析測試系統(tǒng)，研究了不同培養(yǎng)溫度（5、27和50℃）對滅菌和不滅菌的土壤淹水后其溶液中砷賦存形態(tài)變化的影響。

4、結果表明:在土壤溶液中中檢測到的砷形態(tài)有AsⅢ、AsⅤ和DMAⅤ，未檢測到MMAⅤ的存在。整個淹水時期，溫度對土壤溶液中AsⅢ、AsⅤ和DMAⅤ的濃度影響均顯著（P＜0.05）。50℃下滅菌土壤在淹水23 d后溶液中DMAⅤ濃度最高，為23.7 ng/mL，這說明滅菌土壤中殘留的某些嗜熱微生物成為優(yōu)勢菌群并促進了土壤溶液中砷的甲基化。結合水稻生長的實際環(huán)境條件和該研究的結果進行分析表明，培養(yǎng)溫度27℃、淹水23 d后不滅菌的自然土壤溶液

5、中總砷的濃度較低。因此，在砷污染的水稻種植區(qū)建議采用短周期干濕交替的水分管理模式，盡量降低土壤溶液中總砷水平，以減小土壤中砷的生物有效性。
　　 (2)外源硅和有機質對淹水砷污染水稻土溶液中砷形態(tài)變化的影響研究
　　 采用室內生物學模擬試驗的研究方法，結合高效液相色譜(HPLC)-電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)聯(lián)用分析測試系統(tǒng)，探索了淹水模式下滅菌/不滅菌土壤中添加硅和有機質對砷污染土壤溶液中砷賦存形態(tài)的影響。在土

6、壤溶液中檢測到的砷的賦存形態(tài)有三價砷AsⅢ、五價砷AsⅤ和二甲基砷DMAⅤ，并沒有檢測到單甲基砷MMAⅤ的存在。在滅菌的情況下，隨著淹水時間的延長添加外源硅增加了土壤溶液中AsⅢ和AsⅤ的濃度;在自然淹水的土壤中添加有機質明顯降低了土壤溶液中AsⅢ，AsⅤ，DMAⅤ和水溶性總砷的濃度（P＜0.05）。結合水稻生長的實際環(huán)境條件和該研究的結果進行分析顯示，淹水20 d后添加有機質的不滅菌的自然土壤溶液中總砷濃度較低為99.2 ng/mL，

7、因此，在砷污染的水稻種植區(qū)建議采用短周期干濕交替的水分管理模式和適量施用有機肥，盡量降低土壤溶液中總砷的濃度，從而控制土壤中砷的生物有效性。
　　 (3)淹水和干濕交替模式下外源硅和有機質對土壤溶液及水稻各部位砷累積規(guī)律的影響研究
　　 對于水稻稻穗，淹水模式下只有對照和加硅處理的水稻在成熟期結穗;干濕交替模式下只有對照和加有機質處理的水稻在成熟期結穗;對于水稻莖稈，兩種水分管理模式下，各處理下的稻穗干物重均低于對照。加

8、有機質并未促進水稻生長。
　　 水稻土壤溶液中只存在AsⅢ、AsⅤ和DMAⅤ3種砷形態(tài)，并未檢測出MMAⅤ。淹水模式下AsⅢ為土壤溶液中砷的主要賦存形態(tài);干濕交替模式下AsⅤ為主要賦存形態(tài)。兩種水分管理模式對培養(yǎng)130 d和170 d時土壤溶液中總砷濃度影響顯著（P＜0.05），淹水模式下各處理土壤溶液中總砷濃度明顯高于干濕交替模式。淹水210d時各處理下土壤溶液總砷濃度急劇下降，且對照和加有機質處理的土壤溶液中總砷濃度低于其他

9、兩個處理。
　　 無論淹水模式還是干濕交替模式，不同處理對水稻莖稈中總砷濃度影響顯著（P＜0.05），加硅及+Si+OM處理均顯著降低了莖稈中總砷濃度。淹水模式下加硅處理的水稻莖稈中總砷濃度最低，為1632μg/kg。結合水稻實際生長環(huán)境，適量施硅可減少砷在水稻莖稈中的積累。
　　 淹水模式下加硅顯著降低了水稻穎殼中的總砷濃度（P＜0.05），加硅處理的水稻穎殼中總砷濃度最低，為375μg/kg;干濕交替模式下，添加有機