中轻度砷污染土壤-水稻体系中砷迁移行为研究
成都市水稻种植土壤基础理化性质及
|四川农业与农机/2022年6期|>>>陈媛媛1张成1¤肖欣娟1钟文挺1王科1付涛1郑罗崇都21.成都市农业技术推广总站，四川成都2.都江堰市农业农村局，四川成都摘要：本文在成都市涉农区（市、县）选择常年种植水稻的区域采集耕层土壤，分析其基础理化性质，并采用内梅罗单因子污染指数法和综合污染指数法对土壤重金属污染情况进行了初步评价，以期为土壤污染防控及治理提供依据。
结果表明，所调查点位的土壤多为中性，有机质、全氮含量较丰富，有效磷、速效钾含量处于中偏上水平，土壤重金属（镉、铅、铬、砷、汞）综合污染指数平均值为0.57，处于安全水平，无重金属污染风险的土壤占全部样点的83.33%，有轻度污染风险的土壤占全部样点的4.55%。
因此，需加强土壤环境监测和农产品协同监测，采取安全利用措施，防止重金属污染进一步恶化，以提高耕地土壤质量，保障农业生产环境安全。
关键词：水稻土壤；土壤养分；土壤污染；成都市*基金项目：成都市科技转化与推广服务项目（2130106）。
作者简介：陈媛媛（1995年-），硕士，助理农艺师。
研究方向：耕地土壤环境质量监测、面源污染监测及农业技术推广。
E-mail：****************。
¤通讯作者：张成（1986年-），硕士，高级农艺师。
研究方向：耕地土壤环境质量监测、面源污染监测及农业技术推广。
E-mail：****************。
中华人民共和国国土资源部全国土壤污染状况调查公报显示：我国耕地土壤污染超标率为19.4%，无机污染物超标点位占全部超标点位的82.8%，镉（Cd ）污染最严重，达7.0%。
重金属元素不随水淋滤，不能被降解，难挥发、易积累、毒性大、隐蔽性强，被农作物吸收后，会沿着食物链直接或间接进入人体，对人体产生毒害作用[1-2]。
镉迁移性强、易被作物富集，具有很强的毒性，被列为全球主要关注的无机污染元素之一[3]。
砷在水体和土壤中迁移转化规律的共性与个性
①机 械 迁 移 ； ②物 化 和 化 学 迁 移 ； ③生 物 迁 移。
通 过 相 同深 度 取 样 １ 砷在 不 同的介质中迁移转化规律的 与土 壤 的质地 密 切相 关 。 后 分 析， 不 同质 地 、 不 同 层次 发现 粘 土 中砷 分析 砷 在 水 中常 备 悬 浮 物 吸 附 而 沉 淀 在 底 泥中， 各 种 有 机 物 和 无 机 物 胶 体 都 可 以吸 的含 量 最 高 ， 沙土 最 低 。
（ ３ ） 砷 在 不 同介 质中， 随着ｐ Ｈ、 Ｅ Ｈ的 高
低 对 介质 污染 的程 度 不 同 砷 在 土壤 中随 ｐ Ｈ值 升 高 ， 对 砷 的 吸 附
量减少， 水 溶性 增 加 ， 污染加重， 反 之 污 染 附砷 ， 尤 其 是铅 、 铁 的 氢 氧 化 物 对 砷 有 特 ２ 结 语 殊的亲和能力， 在 酸 性 条 件 下， 这 种 吸 附 能 综 上 所述 ， 砷 在 不 同介 质中迁 移 转 化 的 减 弱 。 而在 水体 中无 论 ｐ Ｈ、 Ｅ Ｈ的增 高与 降
关键词： 砷 水体和土 壤 迁移转化 共性与个性
中图分 类号； Ｐ ５ ９ ５
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ６ ７ ４ － ０ ９ ８ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ １ （ ｃ Ｊ 一 ０ １ ５ ９ － ０ １
Ａｒ ｓ ｅ ｎ ｉ ｃ ｉ ｎ ｗａ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｉ ｌ ｍｉ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ Ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｗｓ ｏ ｆ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｄ ｉ ｖ ｉ ｄ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ
为 了 有 效 地 保 护 和 合 理 地 使 用 水 资
砷污染土壤的修复与治理方法研究
砷污染土壤的修复与治理方法研究砷是一种常见的有毒金属元素，广泛存在于土壤中。
随着工业化进程的加快和农业生产的发展，砷污染问题日益严重，给人类健康和环境安全带来了巨大的威胁。
因此，砷污染土壤的修复与治理方法研究成为了当前环境科学领域的热点问题。
砷污染土壤的修复方法主要包括物理修复、化学修复和生物修复三种。
物理修复方法主要是通过土壤剥离、土壤覆盖和土壤深耕等手段，将砷污染土壤与周围环境隔离开来，减少对周围环境的污染。
化学修复方法则是利用化学物质对砷进行固定、转化或溶解，降低砷在土壤中的活性，从而减少砷的迁移和转化。
生物修复方法则是利用植物和微生物的作用，通过吸收、转移、转化和稳定化等过程，将砷从土壤中去除或转化为无害物质。
物理修复方法相对简单，但其效果有限，往往只能在短期内减少砷的迁移和转化，无法从根本上解决砷污染问题。
化学修复方法虽然能够较好地固定砷，但其使用过程中会产生大量的化学废物，对环境造成二次污染，并且成本较高。
相比之下，生物修复方法具有更好的可持续性和经济性。
通过选择适应砷污染环境的植物和微生物，利用它们的生理和代谢特性，可以有效地修复砷污染土壤。
在生物修复方法中，植物修复是一种常见且有效的方法。
植物修复主要通过植物的吸收、转移和转化作用，将砷从土壤中去除或转化为无害物质。
一些研究表明，某些植物对砷具有较高的耐受性和吸收能力，可以在砷污染土壤中生长并吸收大量的砷。
例如，一些禾本科植物如稻谷和油菜等，以及一些菊科植物如蒿属植物等，都被发现能够在砷污染土壤中生长并吸收砷。
通过种植这些植物，可以有效地降低土壤中的砷含量，达到修复砷污染土壤的目的。
除了植物修复，微生物修复也是一种重要的生物修复方法。
微生物修复主要通过微生物的吸附、转化和稳定化作用，将砷从土壤中去除或转化为无害物质。
一些研究表明，某些细菌和真菌对砷具有较高的耐受性和转化能力，可以在砷污染土壤中生长并修复砷污染。
通过培养和应用这些微生物，可以有效地降低土壤中的砷含量，达到修复砷污染土壤的目的。
污染土壤中铅、砷的生物可给性研究进展
物 可 给性 研 究 主 要 集 中于铅 、砷 的生 物 可 给性 研 究 方 法 、影 响 因素 以及 在人 体 健 康 风 险 评 价方 面 的应 用 等 方 面 。 而无 论 是 研 究 方 法 本 身 ，还 是 在
２０ ０万 ｈ ，约 占我 国耕地 总 面积 的 １５ ０ ｍ ／，而许 多 城 市 和工 矿 区 的土壤 也都 受 到不 同程 度 的铅 、砷
污 染 土壤 中铅 、砷 的生 物 可 给 性研 究进 展
崔 岩 山 ，陈 晓晨 ，付 瑾
中国科 学 院研 究生 院资 源与 环境学 院 ，北京 １０４ ０ ０９
摘要 ：土壤铅 、 砷污染 已成为重要的环境问题 ， 并可对人体健康造成严重危 害。对 食物链途径 的有效控制使得从 口部无意摄 入的土壤 铅 、砷对人体 ，特别是对儿童铅 、砷摄入总量的贡献率越来越 大 ，甚至成为主要来 源。土壤中铅 、砷直接进人人体 的消化系统并可被人体 胃肠道溶解出的部分称 为其生物可给性。有效 、 准确地判 定土壤 中铅 、 砷的生物可给性 已经成为解 决
物可给性在人体健康风 险评价 中的应用等方面的研究 。以期充分发挥铅 、 砷等环境污染物的生物可给性研究方法的潜力 ， 更
好地为控制土壤 污染 、保护人类健康服务。 关键词 ：铅 ；砷 ；生物可给性 ；健康风险 ；污染土壤
中图 分 类 号 ：Ｘ１１ ３． ３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ７ ．９ ６（ ０ ０） ２０ ８ ．７ ６ ４５０ ２ １ ０ ．４ ００
土壤 污 染 是 一 个 世 界 范 围的 环 境 问题 ，其 中
铅 、砷 是土壤 中 ２种 主要 的污染物 。美 国 １ ８ ４个 ６ 国家优 先处理 场址 （ ｔ ｎ ｌ ｒ ｒｉｓ ｉ ）中 ，有 Ｎａ ｏ ａ Ｐｉ ｉｅ ｓ ｉ ｏｔ Ｌ ｔ 铅 污染 的就达 １ ７ ２个 ， 污染 的也达 １ ４ ２ห้องสมุดไป่ตู้砷 ９个 ＿ １ Ｊ ； 英 国被铅 污染 的农 田已有 ４ ０ ｋ 【；据 调查 ，我 ０ ０ ｍ２ ｊ
探讨As、Hg元素对土壤环境质量和农产品质量安全的影响
As、Hg元素对土壤环境质量和农产品质量安全影响的探讨摘要：本文选取贵州具有代表性的几个农业种植区不同地质背景和不同农产品进行分析研究,通过对比分析不同地质背景不同农产品中As、Hg元素在母土—表土层—农产品中的含量变化关系，探讨土壤环境中As、Hg元素对土壤环境质量和农产品质量安全的影响。
关键词：砷；汞；地质背景；土壤环境质量；农产品质量安全0 引言随着科技的进步，人们认识的不断的提高，食品质量安全越来越受到重视，尤其是食品中重金属元素对食品质量的影响，因为食品中过量的重金属元素通过食物链危害人体健康[1]。
通常，As、Hg、Cr、Cd、Pb等元素是组成农产品中重金属污染的主要元素，而As和Hg 则是贵州最常见和较严重的重金属污染元素，其在土壤中迁移速度较慢，不易被降水淋滤，不易被微生物降解，对其环境中农产品质量安全产生重大影响。
为此，本文代表性地选取全省少数几个传统农业种植区局部地块作为研究对象，探讨As、Hg两元素在土壤地质环境与其上生长的主要农作物中的地球化学相关性以及它们对土壤环境质量和农产品质量的影响。
1．As、Hg元素分布的地质环境背景我们知道，自然环境中造成食物中As、Hg污染大多是由于地质背景中As、Hg的高背景分布引起的，而As、Hg的高背景分布多与构造活动、成矿作用等地质作用有关。
As在黔西南安龙、兴仁、兴义、普安、盘县、水城等地区呈高背景集中分布，且分布面积大，在罗甸、紫云、六枝、普定、织金等地区亦有较大面积分布，它的高背景分布多与含煤岩系的分布和热液成矿作用有关[2]。
Hg的高背景主要分布于铜仁、万山、务川、余庆、息烽、织金、荔波、罗甸、安龙—兴义等地区，它的高背景分布多与汞矿成矿作用及相关矿业活动相关。
对比贵州与全国的As、Hg背景值，As、Hg在贵州均呈高背景分布，其中As元素平均含量为14.69 mg/kg（全国平均值8.11mg/kg），Hg元素平均含量为99.89 μg/kg（全国平均值为34.22μg/kg[3]）。
关于土壤、水系沉积物中总砷、汞同测的方法研究
Huabei Natural Resources1 方法摘要土壤、水系沉积物采用1:1王水水浴消解，用酒石酸定容。
清液可以直接进行总砷、总汞测定。
该方法可以准确高效地满足大批量样品中砷、汞的同时检测，大大提高检测质量和速度，降低测试成本。
随着检测工作的新需要和新任务，改进检测方法让检测更加便捷，快速，准确和高效已然成为迫在眉睫的任务。
从快速、高效、节约和减少污染的目标出发，以更好地服务于大批量样品的分析检测任务。
该方法总砷检出限小于等于1μg/g，总汞检出限小于0.001μg/g。
2 试验部分2.1 原理试样用1:1王水消解，使试样消解液中的三价砷全部被氧化成五价，汞反应生成汞的离子态。
冷却后用5%的酒石酸定溶摇匀，酒石酸是羧酸除了具有掩蔽其它金属离子的干扰作用外，酒石酸在酸性条件下具有较强的还原能力将五价砷全部还原成三价砷，将离子态汞转化成原子态汞。
酒石酸学名2，3-羟基丁二酸（分子式：C H O结构式为：466 HOOCCHOHCHOHCOOH）除具有螯合掩蔽功效外，在强酸性条件具有较强的还原性。
再与碱性硼氢化钾进行还原，使其生成其气态氢化物，用氩气引入原子化器进行测试，反应原理如下：++KBH+3H O+H→H BO+K+8H*→EHn(待测元素的氢化4233物)+H↑22.2 仪器设备海光AFS-8500和海光AFS-3000双道原子荧光光度计。
高纯氩气等。
2.3 试剂药品1）1:1王水：量取100ml优级纯浓硝酸放入400ml纯水内，再加入300ml优级纯浓盐酸（尽量保证溶液不能变黄）。
2）5%的酒石酸溶液：5g分析纯酒石酸溶于100ml纯水中。
3）硼氢化钾(2%)—氢氧化钾(0.2%)还原剂：2g硼氢化钾溶于100ml纯水中加入0.2g氢氧化钾搅拌至溶解。
4）5%的盐酸清洗液：5ml优级纯盐酸溶于95ml纯水中。
2.4 试验步骤称取0.2500±0.0002g试样于25ml玻璃比色管内。
土壤中砷污染的治理研究
《环境土壤学》课程论文题目：工业污染用地转为建设用地的处置方案研究学生姓名：白睿学生班级：环工131学生学号：2013011611所在院系：资源环境学院任课教师：吴海明2015年11月砷污染土壤治理和恢复研究摘要：砷(As)是一种类金属元素，在自然界中广泛分布，砷化合物在农药、防腐剂、合金、料等生产过程中得到广泛应用。
砷是亲硫(tS)元素，常伴生于硫化物矿中川。
本案例中非法转移废渣致使土壤的As污染。
由于As的毒性、致癌、致畸和致突变效应[2l砷污染所引发的环境问题已经越来越多的受到关注。
砷污染土壤的治理与修复一直是土壤污染研究的难点和热点，找切实可行的高效的治理技术尤为重要。
关键字：砷污染修复淋洗法生物修复案例：1992年10月和1993年5月，在未经有关部门同意的情况下，发生了辽宁省沈阳冶炼厂两次非法向黑龙江省鸡西市梨树区转移有毒化工废渣造成重大环境污染的案件。
转移的废渣中含有三氧化二砷（俗称砒霜）等10多种有毒物质332吨。
这些有毒物质使穆棱河下游约20平方千米范围内的土壤、植物和地下水环境造成不同程度的污染。
其中以土壤和植被受到的污染和破坏最为严重，残留在废渣堆放地及周围的砷、铜、铅、钢等重金属污染平均超标为75倍，其中砷的超标指数最高，是103倍。
废渣倾倒现场寸草不长，26棵20厘米直径树木枯死，地表裸露面积达500平方米，大约7公顷地表植物受到较严重污染，污染深度0－140厘米。
经预测，在自然状况下，要想将土壤恢复到原有水平，大概需要几百年，甚至几千年以上。
目前，国内外常采用的土壤修复的方法包括客土法、淋洗法、生物修复法、稳定/固定化方法等。
稳定/固定化法与其他技术相比，更能从时间和成本上满足土壤修复的要求。
而稳定/固定化法的关键在于稳定/固定化剂的选择。
铁及其化合物是砷的稳定化中最常用的稳定化剂.由于该化工场地以硫铁矿作为原料进行生产，铁含量丰富，土壤中铁的百分含量达18%-37%。
水稻重金属含量与土壤质量的关系
表 2 微波消解法测定总磷标准样品
测定序号
1 2 3 4
测定均值 ρ/ ( mg·L - 1)
第 14 卷 第 3 期
环境监测管理与技术
2002 年 6 月
水稻重金属含量与土壤质量的关系
韩爱民 ,蔡继红 ,屠锦河 ,朱伊君 (淮安市环境监测中心站 ,江苏 淮安 223001)
摘 要 :根据“淮安市绿色食品基地调查以及相关研究”课题资料 ,分析了水稻中重金属含量与其土壤质量的关系 。结 果表明 ,重金属含量在水稻中的分布是 :根 > 茎叶 > 籽粒 ;水稻籽粒对重金属的吸收特点因其元素不同而差异较大 ,重金属 元素被水稻糙米吸收的程度为 :砷 < 镉 < 汞 < 铅 < 锰 < 铬 < 铜 < 锌 ;在糙米中检出的重金属铜和铬的含量与土壤中铜和铬 的含量呈显著性相关关系 ,铅 、锌 、锰的含量与土壤中铅 、锌 、锰的含量相关关系不显著 。
01201 01203 01211 01203
微波消解法 相对标准差
/% 114 015 019 015
回收率 /%
9815 9915 10314 9915
3 结语 微波消解法预处理环境标准样及不同类型水
质样品所测结果具有较好的精密度和准确度 。它 与常规高温高压消解法的测定结果具有可比性 ,且 操作简便 、快速省时 ,是一种值得推广的样品预处 理方法 。
淮安市绿色食品基地土壤中重金属本底状况 见表 1 。
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中轻度砷污染土壤-水稻体系中砷迁移行为研究薛培英;刘文菊;刘会玲;段桂兰;胡莹【摘要】通过土.砂根袋培养生物学模拟试验,运用砷形态分级的连续提取方法研究了水稻整个生育时期内砷在中轻度砷污染土壤.氧化性根际.水稻体系中的时空分布规律.结果表明:(1)该品种水稻(远诱一号)生长旺期(第三生长时期和第四生长时期)由于根系活化作用产生明显根际效应,根际土壤中各砷形态总量、无定形态砷含量均显著高于非根际土(P<0.05),而有效性最低的残渣态则低于非根际土.(2)水稻根表铁氧化物膜(简称:铁膜)主要以无定型态铁和结晶态铁为主(>90%),在生长旺盛期老化程度最高,且对砷富集能力与第一时期相比降低60%,与第二时期相比降低10%;根表铁膜对砷的富集作用并不完全随铁膜数量的增减而变化,还与铁膜中铁的组成形态(尤其无定形态铁)密切相关.(3)砷在土壤-根际-水稻(远诱一号)体系中迁移规律:砷随铁氧化物的还原由非根际向根际迁移并在氧化性根际富集,由于铁膜的缓冲层作用,砷很少进入作物根系,迁移至地上部的砷含量低于根中砷含量;生育初期(前两个生长时期),水稻根表铁膜主要起富集库作用,具有很强的富集砷能力,但富集的砷易解吸进入作物根系,生育后期(后三个生长时期),铁膜逐渐老化,主要起缓冲层作用,使根系砷含量与生育初期相比降低50%～90%.【期刊名称】《土壤学报》【年(卷),期】2010(047)005【总页数】8页(P872-879)【关键词】砷;砷形态;铁氧化物膜;根际土;非根际土【作者】薛培英;刘文菊;刘会玲;段桂兰;胡莹【作者单位】河北农业大学资源与环境科学学院,河北保定,071000;中国科学院城市环境研究所,福建厦门,361021;河北农业大学资源与环境科学学院,河北保定,071000;国家北方山区工程研究中心,河北保定,0710011;河北农业大学资源与环境科学学院,河北保定,071000;中国科学院生态环境研究中心,北京,100085;中国科学院生态环境研究中心,北京,100085【正文语种】中文【中图分类】X131.3;X171.5;X53砷污染控制指标体系的建立以及污染区砷风险评价与土壤中砷的潜在移动性及其生物有效性有关,而砷的不同存在形态不仅可以反映砷的行为转化还可反映土壤对砷的固定(即砷的生物有效性),污染状况及其危害水平[1-2]。
土壤中砷的主要形态为无机砷化合物[3],其与土壤矿物的结合形态主要有[4]:(1)非专性吸附态;(2)专性吸附态;(3)无定形和弱结晶铁铝或铁锰水化氧化物结合态;(4)结晶铁锰或铁铝水化氧化物结合态;(5)固定于土壤颗粒的晶体结构或包蔽于其他金属难溶盐沉淀中的砷(残渣态As)。
一般而言,非专性吸附结合态 As是土壤中可溶性砷或吸附在土壤颗粒表面的砷,其占总砷量的比例一般小于 3%[5-6],易被生物吸收,因而危害性较大;专性吸附态和无定形结合态砷在土壤理化条件发生变化(如pH、Eh),或与其他金属离子、磷、土壤微生物和土壤动物作用下导致砷结合矿物相或粒径改变时,均有可能被释放而成为有效态砷,而结晶态和残渣态砷则不易被生物吸收和进入水体,其危害性相对较低[7-8]。
总之,土壤矿物表面与砷的界面反应:氧化-还原、吸附-解吸、沉淀-溶解和有机配合-解离决定了砷在土壤中的形态转化和移动能力[9-12]。
土壤中砷的迁移转化过程受多种生物地球化学因素调控,其中土壤氧化还原状况是影响砷存在形态的主要因素,明确土壤 -植物系统中砷的化学行为是污染区建立砷污染控制指标体系不可缺少的研究内容。
对于湿地植被而言,土壤通常具有厌氧性、氧分压低、氧化还原电位低等特点,水稻作为典型湿地植被,为了适应淹水的还原环境,地上部和根系的形态结构均发生了特殊的变化,在水稻的根表可以形成铁氧化物的膜状包被(铁膜)[13-14]。
根表铁膜属于两性胶体,具有特殊的电化学特性,使铁对砷的吸收及在作物体内的富集转运中所起的作用不可忽视。
目前研究结果证明,水稻根表铁膜对土壤环境中的砷有很高的亲和力或富集效应,大约 75%～80%的砷富集在根表铁膜中,只有很少部分进入根内,更少量的砷被转运至地上部,使之成为污染元素砷进入根系的缓冲区,在苗期水稻生长过程降低了其生物可利用性[15-17]。
目前,砷在土体-水稻体系中的迁移转化研究往往忽视氧化性根际这一重金属(包括砷)进入植物体门户的重要作用,对于水稻不同生长阶段砷在土壤-氧化性根际-植物体系中迁移转化规律的研究尚显薄弱。
本试验选取中轻度砷污染土,研究砷在土壤-氧化性根际-水稻体系中迁移转化过程及其作用机制,可以为理解整个生长时期内砷在水稻根际的行为、根表铁膜的存在对砷吸收和转运的影响提供理论参考,为今后采用农艺措施以削弱砷的植物有效性提供数据支持。
1 材料与方法1.1 供试土壤供试土壤采自浙江省上虞市砷污染的水稻田(采样深度为 0～20 cm),其基本性状为:pH(H2 O浸提,水土比为2.5∶1)7.40,CEC 7.45 cmol kg-1,有机碳 14.60 g kg-1,速效磷 19.70 mg kg-1,总砷84.92 mg kg-1,总铁 24.30mg g-1。
1.2 土-砂根袋植物培养试验1.2.1 水稻植株培养供试水稻(Oryza sativa L.)品种为远诱一号(YY-1),由中国科学院亚热带农业生态研究所的李达模研究员提供。
种子用30%H2O2消毒 15 min 后,去离子水洗净后播于石英砂中发芽,待幼苗长至3叶后移植至多孔水培箱中培养。
营养液配方:5 mmol L-1 NH4 NO3,2 mmol L-1 K2 SO4,4 mmol L-1 CaCl2,1.5mmol L-1 MgSO4◦ 7H2O,1.3mmol L-1 KH2 PO4,50μmol L-1 Fe(Ⅱ )-EDTA,10μmol L-1 H3 BO4,1.0μmol L-1 ZnSO4◦ 7H2 O,1.0 μmol L-1 CuSO4◦ 5H2 O,5.0 μmol L-1 MnSO4◦ H2 O,0.5 μmol L-1 Na2 MoO4◦2H2 O,0.2μmol L-1 CoSO4◦ 7H2 O。
用 0.1mol L-1 KOH或 HCl将 pH调至 5.5。
营养液每周换2次。
试验在可控光温的植物培养室中进行,25℃/14h光照和20℃/10h黑暗,相对湿度为 60%～70%,光照强度为240μmolm-2 s-1。
待生长至 5叶期时,选取生长一致的水稻苗进行下面的盆栽试验。
1.2.2 土-砂结合的根袋培养法采集的土壤风干后磨碎并过 2mm筛。
为了保证移栽后水稻植株正常的生长,首先在处理好的土壤中混入一定量的基肥:氮磷钾的施入量分别为 N 0.20 g kg-1(CO(NH2)2)、P2 O5 0.15 g kg-1(CaH2 PO4◦ H2 O)和K2O 0.20 g kg-1(KCl)。
混合均匀平衡 1周后装盆。
本试验采用土壤-石英砂联合培养系统。
首先将五片叶的水稻幼苗放入装有石英砂的根袋内(400目尼龙纱网自制,直径 9.5 cm,高 14 cm,每袋移入两颗水稻苗),然后将根袋放入装有 750 g砷污染土的 PVC管中(直径 11 cm,高 15 cm)。
土-砂联合培养模式实际是一个根际和非根际分室培养系统,在该系统中植物生长室(根袋)和无植物生长的土壤之间以 400目孔径尼龙网隔开,不允许水稻根系通过。
采用这种培养系统一是可以尽可能减少收获土壤时对水稻根表铁氧化物的损伤;二是收集根际形成的铁氧化物较容易。
水稻生长室中放置石英砂的目的是可以得到较完整的包被铁氧化物的水稻根系。
水稻生长期间,采用大田水肥管理模式,干湿交替处理(土壤淹水 2 cm左右,待表面落干至无明显水层再灌至 2 cm淹水状态)。
水稻移栽后,分 5个时期收获水稻植物和土壤样品。
1.3 样品采集、制备及测定方法水稻移栽至土壤-石英砂联合培养装置后,分 5个生长时期取样(移栽后每隔一个月取一次样,共取 5次,前两个生长时期为生育初期,后三个生长时期为生育后期,其中第三、第四生长时期为生长旺盛时期),每次取样 4个重复。
1.3.1 土壤样品的采集及制备将根袋从培养钵中轻轻取出,根袋外 1mm内的土壤为根际土(简称 N,以下相同),距根袋 2～3 cm沿根袋一周均匀取 6个点为非根际土(简称 NR,以下相同),风干过筛(100目)备用。
每个时期根际土与非根际土进行铁、砷的形态分级连续提取测定。
1.3.2 植物样品的采集与制备水稻植株地上部用不锈钢剪刀剪下后用去离子水冲洗干净,85℃杀青30min后,于70℃烘干至恒重,测定干物重,粉碎后备用。
用水将根袋中的石英砂冲掉,小心将包裹着铁膜的根系取出,用去离子水冲洗干净并用吸水纸将根系吸干,对整株根进行铁膜数量的测定,用 DCB(dithionite-citrate-bicarbonate)溶液提取,浸提后的根系于70℃烘干至恒重,测定干物重,粉碎后备用。
其中,选取富有铁膜的根段进行铁膜连续分级提取,根系用去离子水洗干净后先超低温冷冻(-80℃),再进行真空冷冻干燥处理(LGJ-10,北京四环科学仪器厂),之后放入 -20℃冰箱密封保存备用。
1.3.3 测定项目及方法土壤基本化学性质的测定方法按土壤农化常规分析法测定[18]。
土壤中As、Fe全量用王水-高氯酸消煮。
空白和标准物质的处理与样品同步进行,以确保测定的准确度,标准物质GBW 07401(GSS1)购于国家标准物质中心。
土壤砷、铁形态分级测定由 Wenzel等砷分级的连续提取方法修改而来[19-20],具体方法见表 1。
其中形态 1为非专性吸附态,形态 2为专性吸附态,形态 3为无定形和弱结晶铁铝或铁锰水化氧化物结合态,形态 4为结晶铁锰或铁铝水化氧化物结合态,残渣(形态 5)用王水-高氯酸消煮。
表1 砷、铁的连续分级提取的步骤Table 1 Procedures for sequential extraction procedures of Asand Fe in soil注:SSR:样品与浸提液的比值Note:SSR volume:ratio of sample and extractant不同形态As fractions浸提剂Extractant Extraction conditions SSR* 洗涤步骤Washing step提取条件形态1 Fraction 1 NH4(SO4)2(0.05mol L-1) 20℃,振荡 4 h 1∶40形态2 Fraction 2 NH4H2 PO4(0.05mol L-1)磷酸二氢铵20℃,振荡16 h 1∶25 Fraction 3 草酸铵(0.2mol L-1):pH3.25缓冲液20℃,振荡4 h 1∶25 草酸铵 (0.2 mol L-1);pH3.25,SSR:1:12.5;避光振荡 10min形态3形态4 Fraction 4草酸铵(0.2molL-1)+抗坏血酸(0.1mol L-1)缓冲液:pH3.25(90±3)℃,见光水浴30min 1∶25 草酸铵 (0.2 mol L-1);pH3.25,SSR:1:12.5;避光振荡 10min连续提取方法测定根表铁膜中砷、铁的主要赋存形态:在修改土壤中砷形态分级提取方法的基础上[20],对铁膜中砷、铁形态进行了分级提取,具体的提取步骤如下:根系剪成 1 cm根段(约 0.200 g)后采用土壤中砷形态分级提取的方法(根表铁膜中砷形态的连续提取不包括残渣态,是因为该试验的目的是要明确水稻根表铁膜中富集砷的存在形态,与根中砷的浓度无关,而对于包裹铁氧化物的根系来说,连续提取的残渣态主要是根系组织中累积的砷)。