土壤_水稻系统砷迁移累积的影响因素及调控措施_沈孝辉
- 格式:pdf
- 大小:316.52 KB
- 文档页数:8
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]。
砷水灌溉对土壤环境和水稻植株的影响研究王铁良;张藜;李玉清;姜森严【期刊名称】《节水灌溉》【年(卷),期】2015(0)8【摘要】通过小区种植试验,研究不同浓度(0.292,0.146,0.102,0.073,0.05,0.029mg/L)砷水灌溉对小区土壤、水稻产量、品质的影响以及砷在水稻植株中的运移规律。
结果表明,不同浓度砷水灌溉下,土壤中的砷浓度与灌溉浓度正相关,砷水浓度大时土壤对砷的吸收能力减小,呈现出随砷水浓度的增大,砷含量增长速度先快后慢现象。
砷水灌溉对水稻产量、外观品质和碾米品质有一定抑制作用,对水稻的营养品质无明显不利影响。
稻米中砷的浓度随着砷水浓度的增大而增大。
灌溉水砷浓度小于0.292mg/L时,精米中砷含量小于绿色大米限值。
水稻植株中的含量分布规律为根>叶>茎>精米,根系对砷的吸收能力随着砷水浓度的增大而明显增强,根中砷含量大于3倍叶中含量。
【总页数】4页(P71-73)【关键词】不同浓度砷水;灌溉;土壤;水稻品质;运移【作者】王铁良;张藜;李玉清;姜森严【作者单位】沈阳农业大学水利学院【正文语种】中文【中图分类】S27【相关文献】1.土壤环境中砷污染防治的研究Ⅱ绍兴银山畈水稻田砷污染治理 [J], 谢正苗2.覆膜灌溉对棉田土壤环境和植株生长的影响 [J], 谢香文;钟新才;凌慧娟3.中水灌溉对植物及土壤环境质量的影响 [J], 杨昕;田媛;刘传4.灌溉模式对红壤稻田土壤环境及水稻产量的影响 [J], 尹春梅;谢小立5.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 [J], 刘文菊;朱永官;胡莹;赵全利因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
专利名称:改善砷污染稻田中水稻生长和降低砷吸收的水肥调控方法
专利类型:发明专利
发明人:邹丽娜,唐先进,张舒,施积炎,徐建明
申请号:CN201610373380.2
申请日:20160530
公开号:CN106034454A
公开日:
20161026
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种改善砷污染稻田中水稻生长和降低砷吸收的水肥调控方法,属于土壤污染处理技术领域。
在重度砷污染稻田土壤中(土壤砷浓度达到320mg/kg,为土壤环境质量二级标准的8倍),水稻淹水种植植株无法成活,本方法向重度砷污染土壤中添加固体硫酸亚铁和石灰,硫酸亚铁的加入量为0.25%~1%,石灰的加入量为硫酸亚铁的一半,并在全生育期保持土壤含水量为田间持水量的100%(未出现明显水层),水稻成活并且长势良好,水稻生物量提高了334%~355%,水稻地上部中的砷浓度降低了31%~50%,同时水稻稻谷从不灌浆增加至690~914粒/棵,产量明显增加。
申请人:浙江大学
地址:310027 浙江省杭州市西湖区浙大路38号
国籍:CN
代理机构:杭州求是专利事务所有限公司
更多信息请下载全文后查看。
水稻砷吸收代谢的相关研究进展耿安静;李汉敏;王旭;陈岩;赵晓丽;王富华;杨慧【摘要】水稻作为当今世界大部分地区(尤其是东南亚)主要粮食作物,由于其比其他粮食作为更易吸收砷,因而成为了砷(As)进入食物链的主要途径之一.综述了水稻对砷的吸收、代谢的相关研究,以期为解决水稻As污染提供参考,并对今后的研究提出了一些建议.%As a staple food crop in most areas of the world (especially in Southeast Asia),rice has become one of the main approaches arsenic (As)enters into food chain because rice can absorb As more easily than other cereal crops. This article re-views the related researches of As uptake and metabolism in rice at home and abroad,and presents several suggestions for the fu-ture researches,hoping to provide reference for the control of As pollution in rice production.【期刊名称】《江西农业学报》【年(卷),期】2017(029)007【总页数】7页(P18-24)【关键词】砷;吸收;代谢;水稻【作者】耿安静;李汉敏;王旭;陈岩;赵晓丽;王富华;杨慧【作者单位】广东省农业科学院农产品公共监测中心,广东广州 510640;华中农业大学微量元素中心(广州),广东广州 510640;华中农业大学微量元素中心(广州),广东广州 510640;广东省农业科学院农产品公共监测中心,广东广州 510640;农业部农产品质量安全风险评估实验室(广州),广东广州 510640;农业部农产品质量安全风险评估实验室(广州),广东广州 510640;广东省农业科学院农产品公共监测中心,广东广州 510640;农业部农产品质量安全风险评估实验室(广州),广东广州 510640【正文语种】中文【中图分类】S511.5砷(As)被美国环境保护署(USEPA)列为“A”类致癌物,被国际癌症研究机构(IARC)归为“Ⅰ”组。
砷在土地和水体中的环境归趋砷是一种广泛存在于自然界中的元素,它存在于土壤、岩石和水体中。
然而,砷在环境中的富集和污染已经成为全球范围的一个重要环境问题。
本文将讨论砷在土地和水体中的环境归趋,以及其对人类健康和生态系统的潜在影响。
1. 砷在土壤中的归趋砷的含量和分布在土壤中具有很大的空间变异性。
砷主要以矿物形态存在于土壤中,如砷矿物、氧化砷和硫化砷等。
砷的富集主要取决于土壤的来源和地质背景,受到地球化学和土壤形成过程的影响。
当土壤中存在过高的砷含量时,可能会对植物和生物产生负面影响。
植物吸收土壤中的砷,并通过食物链传递给动物和人类。
因此,砷在土壤中的归趋对农业生产和人类健康具有重要影响。
为了解砷在土壤中的归趋,研究人员通常使用土壤采样和分析方法。
这些方法可以帮助我们确定土壤中砷的含量和分布。
此外,土壤修复技术也可以被应用来减轻土壤中砷污染带来的影响,如土壤重金属污染修复技术和植物修复技术等。
2. 砷在水体中的归趋砷在水体中的归趋也是一个重要的环境问题。
砷可以通过天然过程(如岩石风化)或人类活动(如煤矿开采、矿石加工和电池制造等)进入水体中。
当水体中的砷含量超过环境质量标准时,可能会对人类健康产生严重影响。
长期饮用富含砷的水可能导致砷中毒,引发一系列健康问题,包括皮肤病变、癌症和心血管疾病等。
因此,了解和掌握砷在水体中的归趋对于保护人类健康至关重要。
砷在水体中的归趋可以受到多种因素的影响,包括水体的pH、氧化还原条件、溶解有机质和与其他元素之间的相互作用等。
研究人员使用水样采集和分析方法来测量水体中砷的含量,并通过水体修复技术来降低砷污染。
对于水体中砷污染的管控,监测和规范是必不可少的。
政府机构应制定相关法律法规,监测和限制工业废水和农业排水中的砷含量。
此外,公众也应提高对用水安全的意识,选择可靠和安全的饮用水源。
3. 砷对人类健康和生态系统的影响砷在土地和水体中的富集和污染可能对人类健康和生态系统产生危害。
第31卷第1期物 探 与 化 探Vol.31,No.1 2007年2月GE OPHYSI CAL&GE OCHE M I CAL EXP LORATI O N Feb.,2007 地质因素影响下的硒在土壤—水稻系统中的迁移转化郦逸根1,董岩翔2,郑洁2,解怀生2,宋明义2(1.上海申丰地质新技术应用研究所有限公司,上海 201107;2.浙江省地质调查院,浙江杭州 311203)摘要:硒在土壤—水稻系统中的迁移转化,受其在水稻土中的形态分布、土壤理化性质和微量或大量元素的交互作用影响。
硒在水稻植株中的分布、迁移和总量传输,是一个动态过程。
从土壤和根部传输上来的硒会逐渐在各器官内积累,表现出w根(Se)>w叶(Se)>w茎(Se)>w穗(Se)的特点。
水稻地以上部分的硒量仅占植株总硒量的42%~50%。
进入稻穗中的硒量仅为水稻植株总硒量的2.31%~4.31%,且w稻谷(Se)>w糙米(Se)>w精米(Se)。
高硒区土壤总硒与土壤有机态硒和残渣态硒有关,与离子交换态、碳酸盐态和铁锰氧化态硒关系不大。
关键词:硒;土壤2水稻系统;迁移转化;地质因素中图分类号:P632 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2007)01-0077-4 硒是一种稀有分散元素,在自然环境中广泛分布。
通常,低硒土壤指含硒量小于0.131mg/kg的土壤;当土壤中硒量大于0.4mg/kg时,称其为富(高)硒土壤,大于(等于)3.0mg/kg时则属于硒过剩土壤[1-3]。
适当浓度的硒是人体和动物生长的必需微量元素,当浓度太高时又会对人畜产生毒害作用。
最新的研究表明,硒能提高动物机体的免疫功能;硒的代谢产物(如甲基化产物)具有抗癌作用,可抑制癌的发生;含硒的抗氧化酶或蛋白可阻断活性氧和自由基的致病作用;硒还能预防和抑制镉、砷、汞、银等有毒元素对机体的伤害。
在食物链中,由于硒主要来源于植物并最终来源于土壤,土壤中硒的含量、形态和作物对硒的吸收转化等都直接影响着食物链中硒的水平,因此,土壤中的硒一直是研究热点。
土壤-水稻系统砷迁移累积的影响因素及调控措施沈孝辉1,李仁英1,2*,徐向华1,谢晓金1,郑慧琳1,黄维1,乔舒婷1(1.南京信息工程大学应用气象学院,江苏省农业气象重点实验室,江苏南京210044;2.土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所),江苏南京210008)摘要:砷(As)作为危害人类健康的污染物之一,对粮食安全和人类健康的威胁已引起全世界的广泛关注。
水稻对砷具有较强的富集能力,目前对土壤中砷的有效性、水稻对砷的吸收、水稻内砷的运转及影响因素等方面进行了广泛深入的研究。
在总结目前研究成果的基础上,从土壤砷有效性和水稻砷吸收两个方面,讨论了土壤质地、有机质、灌溉方式、土壤微生物、根际环境、施肥种类、水稻品种及复合污染对土壤-水稻系统中砷迁移转化的影响因素及其机制,并从灌溉方式、施肥种类和方式及基因工程等方面进一步讨论了降低水稻砷吸收和积累的措施。
根据目前研究中出现的问题和不足,对未来尚需要进一步深入的研究提出自己的建议和展望。
关键词:砷;水稻;有效性;影响因素;措施中图分类号:X53文献标识码:A文章编号:0564-3945(2014)05-1273-08沈孝辉,李仁英,徐向华,谢晓金,郑慧琳,黄维,乔舒婷.土壤-水稻系统砷迁移累积的影响因素及调控措施[J].土壤通报,2014,45(5):1273-1280SHENXiao-hui,LIRen-ying,XUXiang-hua,XIEXiao-jin,ZHENGHui-lin,HUANGWei,QIAOShu-ting.InfluencingFactorsofArsenicTransferinSoil-RiceSystemandControlMeasurestoMitigateArsenicAccumulationinRice[J].ChineseJournalofSoilScience,2014,45(5):1273-1280土壤通报ChineseJournalofSoilScience第45卷第5期2014年10月Vol.45,No.5Oct.,2014收稿日期:2013-09-18;修订日期:2014-03-24基金项目:国家自然科学基金项目(41001190,41205087,41101294)、土壤与农业可持续发展国家重点实验室项目(Y052010018)、中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室项目、江苏省政府留学奖学金项目、江苏省自然科学基金项目(BK20141479)和南京信息工程大学实验室开放项目(14KF063)共同资助作者简介:沈孝辉(1989-),男,江苏扬州人,硕士,主要从事土壤重金属污染及生物有效性。
E-mail:shenhui007@yeah.net*通讯作者:E-mail:ryli2005@nuist.edu.cn随着日益加剧的土壤砷污染,砷(As)及其化合物对人类健康的危害已引起全世界的广泛关注。
孟加拉国污染土壤中砷含量达到了83mgkg-1,远高于土壤中砷的背景值[1]。
我国许多地区如湖南、湖北、江西、浙江、广东、广西和云南等地也发生了不同程度的砷污染问题。
由于水稻自身的特性及淹水栽培模式,水稻对砷具有很强的富集能力。
水稻是我国第一大粮食作物,全国60%以上人口以稻米为主食,每年稻米消费量占粮食消费总量的55%左右,水稻砷污染严重威胁到我国粮食安全[2]。
对来自中国、美国、英国和西班牙大米加工的婴幼儿食品检测发现,食品中主要为无机砷,占总砷含量的60%以上,虽然抽样没有发现超标(150μgkg-1),但对8 ̄12个月大的婴幼儿,从大米加工食品中摄取砷成为每天摄入砷的主要来源[3]。
砷还会通过食物链在人体内富集,如秸秆中砷通过动物饲料等方式传递,最后在人体内浓缩。
所以,水稻砷污染比人们预期要大[4],如何降低砷在水稻内的积累是目前迫切需要解决的问题。
砷在水稻内的积累与土壤中砷的生物有效性及水稻对砷的吸收,即砷在土壤-水稻系统中的迁移转化有关。
目前对砷在土壤-水稻系统中迁移转化的影响因素进行了大量研究。
砷在土壤中以无机砷和有机砷形态存在,其中大多数为无机砷,包括三价砷(As(III))和五价砷(As(V));有机砷包括一甲基砷(MMA)和二甲基砷(DMA),但占土壤总砷比例极低[5]。
砷的毒性和生物有效性主要依赖于砷的存在形态,无机砷毒性大于有机砷,而在无机砷中,As(III)毒性远远大于As(V)[6]。
不同形态的砷,有效性差异很大,离子吸附态砷易被水稻吸收;离子结合态砷与Fe、Al、Ca离子结合形成难溶性砷化物,有效性降低[5]。
水稻对不同形态砷的吸收能力差异较大,水稻对无机砷吸收能力明显强于有机砷,且无机砷中As(III)比As(V)更易被水稻根吸收。
研究表明,As(III)与硅共享同一转运通道,主要通过Lsi1水通道蛋白进入根部,然后通过Lsi2水通道蛋白运输到木质部;As(V)与磷的化学性质相似,As(V)通过磷的转运系统进入水稻根系[7]。
所以硅、磷等元素影响水稻对砷第45卷土壤通报的吸收和转移。
本研究从土壤中砷生物有效性和水稻对砷吸收转运两个方面,总结阐述了其影响因素及其机理,并在此基础上提出了降低水稻砷吸收的措施,从而为砷污染稻作区降低水稻砷积累提供重要的理论依据。
1土壤砷有效性的主要影响因素1.1土壤质地不同质地土壤中粒径差异很大,对重金属吸附能力不同,因此不同质地土壤重金属有效性存在着明显差异。
一般情况下,粗质地土壤对砷吸持能力较弱,砷含量小,但砷毒性较强,如沙质土壤和花岗岩衍生的土壤砷含量最低,淤积土壤和有机质含量高的土壤砷含量较高[8]。
砷有效性还与土壤中Fe、Al、Ca、Mg等元素存在形态密切相关,如富含Fe、Al化合物酸性和弱酸性的红壤具有相当强的固砷作用,其中主要与铁氧化物有关,铁氧化物的铁阳离子和氢氧基组成的表面官能团通过质子缔合和离解而带电,是土壤中产生正电荷的主要物质之一,而砷在土壤溶液中以带负电荷砷氧阴离子存在,在静电引力作用下,砷氧阴离子能够跨越能量壁垒接近铁氧化物胶体的表面,产生专性吸附[9],所以土壤中铁氧化物含量越高,能够提供的吸附位点就越多,对砷的吸附能力越强。
李勋光对我国常见几种土壤研究发现,土壤对As(III)和As(V)吸附性能和土壤砷对水稻毒性大小顺序依次是砖红壤>红壤>黄棕壤[9];邵云等人在研究不同质地土壤中砷对小麦胁迫作用时得知,黏土、壤土由于能够吸附一部分重金属而降低其生物有效性,从而缓解了砷的胁迫作用,而沙土对砷胁迫的缓解效果较差[11]。
通过模式植物对富集砷的模拟得知土壤中砂粒含量对植物富集砷浓度影响较大,粉粒和黏粒含量也有一定影响[12]。
所以含有砂砾较多的粗质地土壤对砷吸附性弱,砷含量小,但砷生物有效性提高,对植物危害大;而质地较细的黏重土壤相反。
1.2有机质有机质影响稻田中砷的移动性及环境行为。
Eduardo等[13]将有机堆肥施入砷污染的淹水稻田中,土壤毛管水中砷含量增加,其中砷主要以二甲基砷(DMA)为主。
Gareth等[14]的研究也得出,添加有机质增加了土壤溶液中砷的有效性,导致穗中砷含量增加,并使水稻开花期推迟、生物量降低。
Rowland等[15]对其机理进行了研究,结果表明,添加有机质后,微生物大量繁殖,消耗了大部分氧气,Eh降低,并将砷从铁氧化物和氢氧化物中释放出来,从而增加了砷的移动性。
朱维晃等[16]的研究也表明,不同类型溶解有机质(DOM),由于传递电子能力不同,对砷不同形态之间转化的影响程度也存在差异。
土壤中施入有机质后砷有效性增加的原因主要有以下两个方面:(1)有机质与砷之间竞争土壤胶体吸附位点,从而减少了土壤对砷的吸附;(2)添加有机质后,微生物大量繁殖,消耗了大部分氧气,Eh降低,从而将铁氧化物和氢氧化物中固定的砷释放出来,增加砷的生物有效性[17]。
1.3灌溉方式不同灌溉方式主要通过改变砷的形态而影响砷的生物有效性。
在土壤淹水时,土壤Eh较低,还原能力较强,从而使铁锰结合的砷化合物被还原或铁锰闭蓄的砷化合物释放出来,导致土壤溶液中砷的移动性和有效性增加;而在非淹水时期,土壤Eh较高,砷主要与铁锰氧化物结合,移动性和生物有效性显著降低[18]。
有研究表明在西孟加拉邦和印度砷污染地区,干旱月份使用含砷污染水灌溉水稻,水稻中的砷含量却低于世界卫生组织规定标准。
此外,这些地区地下水受到砷污染,用较少的水灌溉,不但能够改变土壤Eh,还能够降低砷在耕作层中富集[19]。
Talukder等[20]研究发现,保持土壤水分近饱和的灌溉方式下,土壤Eh较高,毛管水中砷有效性比淹水灌溉低,并且此灌溉方式下,水稻籽粒砷含量只有淹水灌溉方式的41% ̄45%。
Sarkar等[19]在水稻移栽后的15 ̄40d,采用4种灌溉方式发现,持续淹水(CP)灌溉,水稻土中的砷含量最高,其次是间歇淹水(IP)、保持土壤饱和含水量(SAT)和保持土壤湿润(AER)的灌溉方式。
在AER的灌溉方式下,土壤Eh比较高,水稻根中的砷含量在45和80d时最低,比CP分别低31%和7%。
Anil等[21]研究发现在持续淹水条件下,铁还原菌要高于间歇灌溉,铁还原菌能够将铁氧化物还原,使得被铁氧化物固定的砷被释放出来,从而增加砷生物有效性。
稻田不同水分管理模式,主要影响着土壤Eh,改变铁锰氧化物含量及其对砷的吸持,影响砷的形态、砷的吸附解吸平衡,从而影响砷的有效性。
1.4微生物微生物在长期与砷共存的过程中,进化出多种不同的砷转化机制,如甲基化、挥发、氧化和还原作用,或通过自身代谢及其代谢产物吸收、共沉淀固定砷,降低砷的有效性,减少水稻的吸收。
许多微生物能将As(Ⅲ)甲基化,这些微生物主要利用亚砷酸甲基转移酶(Ar-seniteMethylationTransferase)将As(III)甲基化,最终生成单甲基砷(MMA)和二甲基砷(DMA)等甲基砷产物,这些产物毒性均低于As(III)[22]。
此外,还发现蓝细菌不但能将砷甲基化,还能引起砷挥发现象[23]。
如果能够将12745期沈孝辉等:土壤-水稻系统砷迁移累积的影响因素及调控措施砷挥发,不但能够降低水稻砷积累而且还可以永久去除稻田中的砷,减少稻田中的砷污染。
砷氧化微生物能够将毒性较强的As(III)氧化成毒性较弱的As(Ⅴ),而As(V)在土壤溶液中以阴离子形式存在,很容易吸附在土壤颗粒表面,降低砷的有效性[24]。
有研究表明,淹水稻田中无机砷以As(III)为主就是由于微生物的作用[25]。
铁(Fe)是地壳中含量最丰富的金属元素之一,且铁氧化菌能够氧化Fe(II),形成的铁氧化物能够有效的吸附土壤溶液中的砷。
Chen等[26]研究发现水稻根际存在大量厌氧反硝化铁氧化菌,当加入硝酸盐时,这些菌能有效氧化Fe(II),使砷和土壤中的氧化产物共沉降,或直接吸附于铁氧化产物上,降低砷的生物有效性。