无机砷和甲基砷在水稻体内吸收运移的比较研究

由于含甲基砷的农药残留或土壤中微生物的砷甲基化作用,除了无机砷,水稻籽粒中也可以检测到相当含量的不同形态的甲基砷.通过水培试验研究了不同形态砷在水稻幼苗中的吸收、转运、转化和外排.结果表明,水稻中各形态砷的含量排序为:亚砷酸盐(As(Ⅲ))>单甲基砷盐(MMA(Ⅴ))>砷酸盐(As(Ⅴ))>二甲基砷盐(DMA(Ⅴ)),但从地下部向地上部的转运系数排序为:DMA(Ⅴ)>As(Ⅲ)>As(Ⅴ)>MMA(Ⅴ).实验中未发现水稻体内无机砷向甲基砷的转化,甲基砷向无机砷的转化比例也较低,但观察到MMA(Ⅴ)部分被还原为MMA(Ⅲ).相比其地上部和地下部的吸收量,DMA(Ⅴ)在水稻中通过木质部(向上)和韧皮部(向下)的转运比例在4种形态砷中最高.甲基砷(MMA(Ⅴ)和DMA(Ⅴ))通过根系外排的速率和比例明显的高于无机砷(As(Ⅲ)和As(Ⅴ)).实验结果表明,不同形态砷的累积与其在水稻体内的吸收、运移及砷的根系外排密切相关.     

砷（As）对稻田土壤的污染研究

研究探索了含砷炼汞废水对稻田土壤所造成的砷污染。在对照田和污染田 点，使用土钻以２０ｃｍ厚度为一层，对土壤作剖面垂直３层采样，在对照田采样５８个，污染田６０个，计采得１１８个柱状样品，对如上样品均作总砷与可给态砷含量测定。结果表明：处在砷异常带对照田土壤总砷背景值为１６．８７ｍｇ／ｋｇ，可给态砷的垂直含量均值有递和分布规律，但都非常显著地高于对照田相应层，说明由于砷污染而改变了土壤的垂直剖面格局。     

土壤施硅对水稻吸收砷的影响

通过盆栽试验研究在2种砷污染土壤中施加硅对水稻幼苗吸收砷的影响.结果表明,施加外源硅没有显著提高幼苗期水稻植株地上部和地下部生物量,也没有显著影响低砷土壤中水稻植株地上部和地下部的磷浓度,却使高砷土壤中水稻植株地上部磷浓度增加18%～39%,但对地下部磷浓度影响不大.同时与不施硅相比,无论是否调节硅酸钾溶液的pH值,施加2种浓度的外源硅均显著降低水稻植株地上部和地下部砷浓度.在低砷土壤中施加2种浓度的外源硅使水稻植株地上部砷浓度降低36%～59%,地下部砷浓度降低15%～37%.在高砷土壤中加硅,地上部砷浓度降低42%～58%,地下部砷浓度降低70%～82%.此结果与水培试验结果相一致,并对可能的机理进行了解释.     

砷污染对水稻的影响

砷污染对水稻危害极大，研究表明，废渣中的砷经雨水淋滤，浸泡，渗漏进入农田，造成土壤污染而导致水稻减产其至无收，水是砷污染传播的载体。     

施硼对水稻幼苗吸收和分泌砷的影响

通过3组水培试验研究了营养液不同供硼(B)浓度和叶面施B对水稻(Oryza sativa L.)幼苗吸收、转运和分泌砷(As)的影响.在10μmol·L-1三价砷[As(Ⅲ)]或五价砷[As(Ⅴ)]处理下,营养液B浓度没有显著影响水稻体内As(Ⅲ)、As(Ⅴ)和总As的含量、转移系数和根吸收效率.叶面施B使得水稻幼苗地上部的B含量显著增加15.8倍,使得As(Ⅴ)处理条件下的根部As含量和As根吸收效率分别显著降低20.9%和18.0%,As(Ⅲ)处理条件下的根部As含量和As根吸收效率分别降低12.6%和13.8%(P0.05),而地上部As含量降低不显著(P0.05).在As(Ⅴ)处理下,叶面施B使根部B含量显著降低达47.1%,而As(Ⅲ)处理下根部B含量无显著变化.As(Ⅴ)处理下的水稻根部B含量平均比As(Ⅲ)处理高85.3%(P0.05).叶面施B后,As(Ⅴ)处理下水稻根部中总As含量和As(Ⅴ)含量均与根部B含量呈显著正相关(P0.05).As(Ⅲ)预处理后水稻幼苗根系外泌的As总量比As(Ⅴ)预处理高105.2%.叶面施B使As(Ⅲ)预处理水稻的As外泌量增加14.0%~16.9%(P0.05),对As(Ⅴ)预处理的水稻As外泌无影响.水稻根部有45.9%~70.7%的As可以在1周内被外排到生长介质中.结果表明,营养液供B浓度为As浓度的4倍时仍不能减少水稻幼苗对As的吸收累积,而叶面施B有助于减少水稻对As的吸收.B通道不是As(Ⅲ)进入水稻根系的主要途径;As(Ⅴ)在水稻中的迁移分配机制可能与B的迁移运输有关.     

利用高炉冶炼矿渣处理含砷（As）废水的试验研究

对高炉冶炼矿渣处理含Ａｓ废水进行作研究，探讨了矿渣用量及细度、废水酸度、振荡时间等因素对除Ａｓ效果的影响，结果表明，矿渣具有良好的除Ａｓ效果，在废水ＰＨ值１－４，Ａｓ（Ｖ）浓度≤１００ｍｇ／Ｌ范围内，接近发砷／矿渣重量比为１／２０００投加矿渣，Ａｓ去除率达９５％以上且出水ＰＨ值近中性。     

贵州西南部高砷煤的砷（As）来泊及所致中毒途径研究

贵州西南部高砷煤的Ａｓ主要来源于二叠世早期喷发的峨嵋山玄武岩浆。所致砷中毒途径主要是通过燃用高砷煤而产生的含砷气体经呼吸道进入人体，其次是通过含砷的饮用水和食物链（主要是农作物）经消化道进入人体而导致慢性中毒。     

源自酸性矿山废水的砷在土壤-水稻体系中的分布特征及赋存形态研究进展

日益严重的As污染问题引起众多学者的关注。不同形态As的毒性差异很大,一般情况下,一甲基砷(MMA)和二甲基砷(DMA)毒性最弱,五价砷As(V)较强,三价砷As(Ⅲ)毒性最强。水稻作为我国主要粮食作物之一,稻米中As赋存形态及含量直接关系到稻米的食用安全及人体健康。因此,了解稻田土壤-水稻体系中As分布特征及形态转化规律,对高As煤矿区周边稻田土壤As污染风险评价及其治理修复具有重要意义。     

不同地区土壤中分蘖期水稻根表铁氧化物的形成及其对砷吸收的影响

通过土壤盆栽试验研究了14种不同土壤中种植水稻后,其根表铁膜形成量的情况,及其对苗期水稻吸收和转运砷的影响.结果表明,生长在不同土壤中的水稻其根表铁膜的形成量有显著的差异,铁膜形成量最大为61.97 mg/g,最小仅为1.15mg/g,分析表明土壤中非晶质态氧化铁含量的不同是其主要的影响因素之一.同时测定了根表铁膜中砷的含量,铁膜上吸附的砷浓度最大为1 376 mg/kg,最小低于检测限,其与根表铁膜形成量之间存在着显著的正相关性(r=0.85,n=14,p0.05),而与土壤溶液中有效态的砷浓度无显著的相关性;水稻植株地上部砷浓度(0.400~12.98 mg/kg)和地下部砷浓度(3.860~576.2 mg/kg)与根表铁膜的形成量之间也都存在着显著的正相关性(r=0.88,n=14,p0.05;r=0.91,n=14,p0.05),与土壤溶液中有效态的砷浓度无显著的相关性;水稻根系对砷的吸收能力(SAU,0.005~0.670 mg/g)与根表铁膜形成量之间也为显著的正相关性(r=0.91,n=14,p0.05);根表铁膜形成量与砷的转运之间无显著的相关性.结果表明,在此次试验中土壤的非晶质态氧化铁的含量是水稻根表铁膜形成的影响因素之一,根表铁膜的存在成为了根际砷的富集库,起到了促进根际砷吸收的作用,但对砷的转运没有显著的影响.     

来源于土壤和灌溉水的砷在水稻根表及其体内的富集特性

采用土壤-玻璃珠联合培养的方式,选择2个氧化能力不同的水稻品种YY-1、94D-64(品系)和采自浙江富阳的土壤(砷的本底值为13.8 mg·kg-1),并设灌溉清水和含砷水2个处理(即在分蘖期、拔节期、孕穗期、开花期和灌浆期5个生育阶段灌溉含砷污水,随灌溉水进入土壤中砷的浓度为3.2mg·kg-1),研究了砷在土壤-根表铁氧化物-水稻系统中的累积规律以及土壤和灌溉水对水稻秸秆和籽粒富集砷的贡献程度.结果表明,水稻的秸秆生物量及其籽粒产量并没有受到不同来源砷的显著影响;灌溉含砷水处理的两品系水稻根表铁氧化物沉积的数量(YY-1∶196 g·kg-1,94D-64∶75.8 g·kg-1)高于对照(YY-1∶175g·kg-1,94D-64∶60.1 g·kg-1),但差异不显著.然而,在水稻5个不同的生育期灌溉含砷水均显著增加了砷在其根表及其体内不同部位的富集(94D-64籽粒中砷含量除外).没有灌溉含砷水的对照其秸秆和籽粒中累积的砷来源于土壤,而砷处理的水稻其秸秆和籽粒中富集的砷则来源于土壤和灌溉的含砷水.土壤对YY-1和94D-64秸秆中富集砷的贡献率分别为76.5%和71.O%,灌溉水的贡献率分别为23.5%和29.0%,2个水稻品系之间没有明显差异.YY-1籽粒中的砷66.4%来源于土壤,33.6%来源于含砷灌溉水,灌溉水对该品系籽粒中砷的富集贡献率较高.另一品系94D-64籽粒中砷84.8%来源于土壤,15.2%由灌溉水贡献,灌溉水对此品系籽粒累积砷的贡献率较低.来源于土壤和灌溉水的砷在水稻籽粒中的富集没有超出我国的国家食品卫生标准(0.7 mg·kg-1).     

砷氧化菌对胡敏酸络合As (Ⅲ)的氧化作用

土壤砷与土壤微生物相互作用是土壤砷形态转化中需要重点关注的内容之一.为了研究砷氧化菌对胡敏酸络合三价砷[HA-As(Ⅲ)]的作用,设置了不同p H值反应体系,研究砷氧化菌HN-2对HA-As(Ⅲ)作用下,砷的形态变化及其在固液两相中的分配.结果表明,在HA与As(Ⅲ)络合过程中,HA可以将一部分游离态As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ).其中,在p H=7的体系中,As(Ⅲ)被HN-2和HA氧化成As(Ⅴ)的效率最高.在含有砷氧化菌株和不含砷氧化菌株的体系中,0~10 h振荡过程中,HA-As材料均可以释放一部分As(Ⅲ)及As(Ⅴ)进入液相中,同时砷氧化菌可以快速地将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),而胡敏酸可以较缓慢地将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ);反应10~24 h期间,HN-2砷氧化菌可以将络合态HA-As(Ⅲ)转化为游离态As(Ⅲ)并氧化为As(Ⅴ);48 h后反应逐渐达到平衡.固相同步辐射结果可以进一步证明HN-2砷氧化菌对络合态As(Ⅲ)的释放及氧化作用.     

环境中砷的存在形态研究

采用氢化物发生-电热石英管-原子吸收光度法对土壤、海水、海洋生物及人尿样中不同形态的砷进行了广泛的分析测定。结论指出,土壤中砷以无机砷为主,而无机砷中又以As(Ⅴ)为主;海水和人尿中以有机胂为主;海洋生物体中也主要以有机胂形态存在。     

二氧化锰对水中As（V）的吸附作用研究

通过实验研究了初始砷浓度和pH值对二氧化锰吸附As（V）的影响。结果表明,二氧化锰对砷的吸附与pH有关,pH=2～6的弱酸性条件下,二氧化锰吸附砷的能力较强。当pH=2～4时,砷的吸附效率随pH的增加而减小,pH=4～6,吸附效率随pH的增加而增加。在低初砷浓度（0．01～1mmoL／L）和相同pH条件下,吸附效率随砷浓度的增加而减小;当pH=3、pH=7和pH=12时,吸附等温线都可以用Freundlich公式来进行拟合,相关系数R^2〉0．96。     

不同水分管理模式对水稻吸收土壤砷的影响

通过水稻盆栽试验,研究了淹水灌溉(F)、灌浆期前湿润灌溉(A-F)、灌浆期后湿润灌溉(F-A)、淹水与湿润交替(AFA)这4种水分管理模式对水稻吸收土壤As的影响.结果表明,同F处理比较,A-F处理能显著降低水稻根和茎叶As含量,F-A和AFA处理都能显著降低水稻茎叶、谷壳、糙米As含量和糙米无机As含量.A-F、F-A、AFA处理对水稻生物量影响都不大,仅AFA处理减少了水稻根系生物量.F-A和AFA处理降低糙米As含量的机理是:灌浆期是水稻糙米吸收土壤As的关键时期,此时的湿润灌溉提高了土壤E h,土壤溶液As(Ⅲ)与As(Ⅴ)浓度之和、As(Ⅲ)/As(Ⅴ)的比例都显著降低,从而使土壤As的迁移能力得到抑制.F-A处理降低水稻糙米总As和无机As含量的效果与AFA处理无显著差异,但F-A处理的操作更简单,因此,F-A处理应当是污染土壤中控制水稻糙米累积As的最佳水分管理模式.     

渤海湾砷的生物富集及其在底泥中的积累

本文研究了砷在4种海藻,12种海洋动物及近海底泥中的积累情况。结果表明,这三种介质中的砷主要来自于环境污染,它们对砷均具有较强的富集能力,能较好地反映水体污染状况,可以用作污染监测指示物。三者所含砷大部分是有机砷,无机砷含量较少,底质中砷的分布里自表层向下渐低的规律。     

1株厌氧砷氧化菌的分离鉴定及砷氧化特性研究

三价砷(As(Ⅲ))氧化细菌能够将毒性大的As(Ⅲ)氧化成毒性小的五价砷(As(Ⅴ)),在生物修复砷污染方面具有应用价值。该研究从砷污染水稻土壤中分离到1株硝酸盐依赖型砷氧化菌,命名为HC11。根据表型特征、生理生化特性及16S rDNA序列同源性分析,将HC11归类为林杆菌属(Alsobacter sp.)。菌株HC11对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的耐受能力分别为5 mmol/L和10 mmol/L。菌株HC11能够在厌氧条件下以硝酸盐为电子受体将1 mmol/L As(Ⅲ)氧化,氧化率为99%。用简并引物扩增As(Ⅲ)氧化酶大亚基aio A基因,获得了1 100 bp的基因片段,其基因产物与已报道的Ancylobacter sp. OL1(ABJ55852)砷氧化酶大亚基aio A具有76%的同源性。     

植物超富集砷机制研究的最新进展

砷污染是全球环境热点问题之一,土壤砷污染治理是一个急需解决的难题.随着不同砷超富集植物的发现,植物修复技术因其投资和维护成本低、不易造成二次污染等优点而成为国际学术界研究的热点和前沿领域.深入理解超富集植物体内砷代谢和富集机制是有效利用植物修复技术来治理砷污染土壤的关键.近年来,植物超富集砷机制的研究取得了很大进展.已有的研究结果证明,蜈蚣草(P.vittata)对砷的吸收和转运能力显著高于非超富集植物,转运到地上部的砷主要储存在羽叶细胞的液胞中;蜈蚣草具有很强的抗氧化胁迫能力和五价砷(As(Ⅴ))还原能力;菌根共生有利于蜈蚣草的生长和砷的富集.有关植物超富集砷机制的分子生物学研究也取得了可喜的进展.砷酸盐还原酶基因(PvACR2)和植络素合成酶基因(PvPCS1)都被克隆并表征,cTPI同源基因(PV4-8)也被证明具有将As(Ⅴ)还原成三价砷(As(Ⅲ))的功能.尽管植物超富集砷机制的研究取得了迅速进展,但至今学术界仍没有全面理解为什么这些蕨类植物具有超富集砷的功能,相关功能基因、酶和转运蛋白的研究有待进一步深入.     

含磷物质对水稻吸收土壤砷的影响

向砷(As)污染土壤中施用磷酸氢二钠(DSP)和羟基磷灰石(HAP),通过水稻盆栽试验研究含磷物质对水稻吸收土壤砷的影响.结果表明,DSP和HAP都显著增加了土壤pH值和土壤有效磷含量(P<0.05),活化了土壤中的砷,且DSP提高砷在土壤迁移的能力要强于HAP.DSP和HAP均使水稻根中总砷、糙米总砷、糙米无机砷含量显著降低,但HAP显著增加了水稻茎叶总砷含量.DSP和HAP降低糙米中无机砷的效果比总砷略好,DSP降低糙米中总砷和无机砷的效果与HAP基本相当.分析表明,水稻各器官中砷含量受磷砷拮抗作用和土壤中砷生物有效性增加这2个因素的影响,且在本试验条件下磷砷的拮抗作用在水稻根、糙米这两个部位中有明显体现.较低添加量(小于等于0.12 g·kg-1)的DSP和HAP使水稻总生物量和糙米产量有所增加,但随着添加量的继续增加,2种含磷物质明显抑制了水稻生长,且HAP的抑制作用相对较轻.     

水稻、小麦籽粒砷、镉、铅富集系数分布特征及规律

收集现有文献资料,统计土壤、稻米/小麦籽粒As、Cd、Pb含量的污染数据,将数据分为污染调查数据和添加盐作物栽培试验两类,分别计算其作物富集系数(PUF),并对PUF的分布特征及规律进行分析和总结.结果表明,污染调查数据计算稻米对As、Cd、Pb的PUF中值和全距分别为:0.026(0.004~0.090)、0.150(0.014~1.470)、0.005(0.001~0.031);添加盐试验数据计算稻米对As、Cd、Pb的PUF中值和全距分别为:0.010(0.003~0.033)、0.360(0.056~1.700)、0.002(0.001~0.019).污染调查数据计算小麦籽粒对As、Cd、Pb的PUF中值和全距分别为0.010(0.001~0.110)、0.190(0.030~2.110)、0.017(0.001~0.075);添加盐试验数据计算小麦籽粒对As、Cd、Pb的PUF中值和全距分别为:0.010(0.003~0.028)、0.150(0.055~0.730)、0.001(0.001~0.014).添加盐试验数据与污染调查数据得出的PUF跨幅有明显差异.PUF数值受土壤污染程度、环境条件及作物本身特性等因素的多重影响而不易精准预测,但ln(PUF)符合Gaussian概率分布(R2在0.38~0.94之间).PUF概率模型用于一般风险评估及土壤环境基准制定的保守风险概率计算的条件是,目标污染场地污染程度等参数取值必须在PUF概率模型推导时对应参数取值范围以内,且土壤基本性质及作物生长的环境条件较为一致.