土壤环境中的砷及其生态效应

本文总结了国内有关砷的土壤背景值，土壤环境容量，土壤中的行为以及砷的作物生态效应等方面的研究进展；介绍了国内外有关防治土壤砷污染的措施及管理方法；展望了２１世纪土壤砷污染及其生态效应的研究趋势。     

长期不同施肥方式对砷在典型壤质潮土及作物中累积的影响

本文研究了长期(1989—2009年)不同施肥方式对砷在黄淮海地区典型壤质潮土及作物中累积的影响。田间试验设置7个处理:有机肥(OM)、OM+无机化肥氮磷钾(NPK)、NPK、NP、PK、NK和不施肥(CK),OM+NPK处理为有机肥和无机化肥氮磷钾各施一半。结果显示,长期不同施肥方式下砷在表层(0~20 cm)及亚表层(20~40 cm)土壤中的含量均有明显累积,但含量较低(<25 mg.kg 1),对农田生态环境安全的影响较小。土壤中砷的累积主要与灌溉及沉降有关,受施肥方式的影响相对较小。磷肥中砷的含量明显高于氮肥、钾肥及有机肥,磷肥的长期施用促进了砷在PK处理土壤中的累积,但在作物产量较高的情况下,对其在土壤中累积趋势的影响较小,而有机肥的添加则会减缓这种累积趋势。砷在小麦和玉米两种典型作物组织中的含量分布表现为:根系>茎叶>籽粒,其中籽粒中砷的含量显著低于根系及国家食品安全相关标准。经过长期不同方式的施肥处理,砷在小麦组织中的含量表现为:PK>OM>OM+NPK>NPK>NP>NK>CK,与土壤中有效磷含量的变化基本一致,并间接受到土壤有机质的影响。在OM、OM+NPK、NPK和NP施肥处理下,土壤有机质含量及作物产量均较高,土壤有机质含量的提高促进了砷在小麦体内的富集,但对其在玉米根系中含量的影响不明显;玉米生长期较短且产量较高,对砷的需求量较大,土壤中有效态砷含量的不足抑制了其在玉米根系中的分布,但玉米通过加强组织对砷的转移能力提高了其在茎叶中的含量。     

砷对土壤微生物及土壤生化活性的影响

通过模拟试验及污染现场调查，研究了砷对土壤微生物，土壤酶活性及土壤呼吸作用的影响，综合砷对农作物，土壤微生物的影响效应，拟定了土壤中砷的生态基准。     

土壤接种棘孢木霉菌降低小油菜砷胁迫及其可能机理

农田土壤中砷的过量累积会影响作物生长,砷可通过食物链影响人体健康。缓解土壤砷对作物生长的胁迫和累积是亟待解决的科学问题之一。本文以具有高耐砷和砷形态转化能力的棘孢木霉菌为研究材料,通过盆栽试验研究了棘孢木霉菌对外源砷胁迫下小油菜生长的影响及其可能机理。结果表明:120 mg·kg-1外源砷污染土壤上小油菜生长受到显著抑制,接种棘孢木霉菌可显著促进小油菜生长;接种棘孢木霉菌降低了小油菜对砷的吸收及富集系数,与未接菌污染土相比,小油菜地上部和地下部砷含量分别降低了12.4%和20.2%,砷富集系数降低了7.8%。接种棘孢木霉菌使土壤有效态砷含量降低了15.7%,土壤和小油菜地上部均检测到一甲基砷和二甲基砷,表明接种棘孢木霉菌促进了土壤中砷的甲基化,降低了土壤中砷有效性和小油菜体内砷的毒性。此外,外源砷胁迫下小油菜超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性,以及谷胱甘肽、抗坏血酸及丙二醛含量显著升高,而接种棘孢木霉菌可降低小油菜部分抗氧化胁迫相关酶活性,表明接种棘孢木霉菌有效缓解了砷对小油菜生长的胁迫。研究结果可为今后砷高风险农田的安全利用与风险调控提供材料与技术参考。     

砷化物及其持留时间对砷的水稻毒性的影响

砷化物种类、砷的持留时间和土壤养分状况、对砷的水稻毒性有明显影响，３价砷和钙盐在红壤中的毒性较大，砷在土壤中持留时间愈短，其毒性愈大，受砷污染的土壤缺氮时，会加剧对水稻的危害程度。     

煤基腐殖酸对土壤砷赋存形态和小白菜生长及砷吸收分布的影响

为探讨部分煤基腐殖酸性质与土壤砷有效性的关系及其在砷污染土壤修复改良中的潜在利用性和应用方向,通过小白菜盆栽试验研究了4种煤基腐殖酸对土壤砷形态和含量及小白菜生长和砷吸收分布的影响。结果表明:6号和10号煤基腐殖酸显著降低了土壤可交换态和碳酸盐结合态砷含量,从而显著降低土壤有效砷含量,抑制砷向小白菜地上部转移和积累;特别是添加10号煤基腐殖酸土壤可交换态砷含量、有效砷含量和小白菜地上部砷总量分别比As处理降低了49.18%,42.22%和15.17%。而9号和11号煤基腐殖酸增加了土壤可交换态和碳酸盐结合态砷含量,显著增加土壤有效砷含量,对小白菜吸收砷并向地上部转移也有一定促进作用,二者土壤可交换态砷含量、有效砷含量和小白菜地上部砷总量分别比As处理增加了10.58%和5.95%,31.11%和22.22%,20.81%和17.21%。4种煤基腐殖酸对小白菜生长均有一定的促进作用,总体表现为10号6号11号9号。因此,E4/E6值小、分子量大、总酸性基含量较低的6号和10号煤基腐殖酸对土壤砷具有明显的钝化作用,可用于轻度砷污染土壤治理中抑制作物对砷的吸收和向地上部转移,实现作物安全生产;而E4/E6值大、分子量小、总酸性基含量较高的9号和11号煤基腐殖酸对土壤砷具有一定的活化作用,在中度和重度砷污染土壤的植物修复中可作为活化剂强化修复速度和效果。     

微生物影响稻田土壤中砷转化研究进展

稻田砷污染是一个全球性环境问题。稻米是以大米为主食的人群砷暴露的主要途径，稻米砷含量超标，会对动物和人体健康造成威胁。微生物是影响砷环境生物化学行为的重要角色，在植物-土壤-微生物系统的砷循环中发挥着重要作用。了解微生物对砷在土壤-水稻系统中的生物化学循环的影响，能够为稻田砷污染的有效治理提供理论基础。本文综述了砷氧化微生物、砷还原微生物以及砷甲基化微生物分别对砷氧化、还原和甲基化过程的影响（直接作用），并总结了微生物通过间接影响铁、硫的环境生物化学循环，进而影响稻田-水稻系统中砷的赋存形态及其转化与迁移的过程。最后，本文归纳了砷污染农田微生物修复技术的相关研究进展，并提出了研究展望。     

昆山农地砷分布及成因探讨

土壤中的砷会经作物和径流等途径转移,甚至进入食物链而对人产生危害。为了解影响农用地土壤中砷含量的因素,选择江苏昆山农地为研究对象,探讨地理区位、土地利用方式、土壤特性与农用地土壤砷含量的关系,并用逐步回归法建立了昆山农地土壤砷含量与土壤理化参数关系的回归方程。研究表明:地形和农田的氧化还原环境会改变土壤砷含量,因此,地势高处的土壤砷含量高于地势低处,旱地高水田低。不同利用方式的旱地土壤的砷含量也不同,林地>抛荒地>菜地>玉米-西瓜田>苗圃。此外,土壤砷含量还与化肥施用量正相关,并与土壤黏粒呈正相关,却与土壤pH、有机质、全氮和细砂粒含量呈负相关。     

水稻根际芽孢杆菌抗砷胁迫作用及其微生物机制

砷甲基化过程作为微生物的砷抗性机制改变砷的毒性和移动性，对土壤砷污染控制有重要意义。砷抗性根际促生菌对砷胁迫下水稻生长产生积极影响，然而水稻根际菌的砷甲基化效率及其影响水稻砷胁迫的机制研究还较为缺乏。从砷污染稻田根际土中筛选出一株砷甲基化功能芽孢杆菌Bacillus sp. LH14，探究该菌株的砷甲基化效率、砷抗性和促生相关特性，和菌株接种对土壤砷形态、水稻生长和根际微生物相互作用的影响。结果表明，菌株LH14具有砷甲基化和挥发能力，34 h内将三价无机砷转化为甲基砷的效率为54.9%，主要形态为二甲基砷和三甲基砷。LH14接种显著提高了土壤中砷甲基转移基因(arsM)丰度，增加土壤溶液甲基砷浓度，表明LH14参与了土壤砷形态转化。LH14能在砷胁迫下产生吲哚-3-乙酸(IAA)，菌株浸染显著增加高砷条件下种子萌发率、根和芽长及生物量。接种LH14对砷污染土壤中水稻植株生长有促进作用，可能与根际有益菌(例如Burkholderiaceae和Gemmatimonadaceae)相对丰度增加有关。所以，水稻根际存在砷甲基化功能植物促生菌，接种该菌改变水稻根际砷形态，并能产生植物激素和富集根际有益菌从而直接和间接地促进水稻生长，有利于缓解水稻砷胁迫，为砷甲基化功能菌应用于砷污染土壤修复和缓解植物砷胁迫提供理论支撑。     

基于in vitro试验的中国典型土壤中砷的健康风险及影响因素

采集中国红壤、黑土、褐土、棕壤和黄壤五种典型土壤,经一个月老化制备成浓度为600 mg·kg–1的砷污染土壤样品,利用体外（in vitro）试验方法（PBET-UF模型）研究经口部摄入的土壤砷在人体胃肠道的生物可给性/生物有效性,并评估其健康风险,进而从土壤性质角度（包括土壤基本理化特性及砷的赋存形态）综合地探讨砷的生物可给性/生物有效性的影响因素,以分析不同土壤间差异的原因。结果表明,土壤砷在胃阶段的生物可给性为37.2%～71.8%,小肠阶段的生物可给性为49.0%～73.3%,小肠阶段的生物有效性为48.6%～72.1%,各类型土壤间差异极显著;土壤砷从胃到小肠是一个逐步被消化溶出的过程,且小肠中溶解态砷均可透过模拟小肠上皮细胞的专用超滤膜;各类型土壤经口部摄入的砷健康风险存在极显著差异,致癌风险和非致癌风险分别超过相应可接受限值两个数量级和一个数量级;此外,土壤砷的生物可给性/生物有效性与土壤pH、游离氧化铁铝含量、迁移系数S及迁移系数W存在显著或极显著相关性,迁移系数S是影响土壤砷在胃阶段的生物可给性的主导因子,土壤pH为影响其在小肠阶段的生物可给性/生物有效性的主导因子,...     

砷污染稻作区发展旱稻控制稻米砷暴露风险探讨

农田砷污染是我国中南、西南稻作区面临的重要环境问题之一。水稻淹水种植条件下,土壤砷的溶解度较高,其移动性和生物有效性较大,水稻根系易吸收并向地上部转移砷。而在非淹水富氧条件下,土壤砷的移动性、生物有效性及稻米砷累积量显著降低。本文在综述水分管理影响水稻砷吸收基础上,提出:砷污染稻作区可通过水改旱、发展旱稻种植,显著降低土壤砷的生物有效性;在非淹水种植、降低土壤砷活性基础上,可通过筛选砷低吸收基因型旱稻,进一步控制水稻砷吸收和稻米砷累积,实现砷污染稻作区农产品质量安全保障与水危机缓解的双赢。目前,关于旱稻对砷的胁迫响应及对砷的吸收、转运与代谢研究鲜见报道,无疑,相关工作值得深入开展。     

植物砷的生理和分子生物学研究进展——从土壤、根际到植物吸收、运输及耐性

砷既是抗癌药物,也是致癌物质。砷不但会对植物造成毒害,并且能够通过食物链进入人体和动物体,对其造成伤害。近年来包括我国在内的世界上许多国家发生的砷中毒事件,引起了公众的极大关注,促使各国科学家致力于砷从环境进入植物体的过程和机理研究。本文从土壤砷、根际砷、植物对砷的吸收和运输,以及植物耐砷机理和微生物在植物抗砷过程中的作用这五个方面,概括了砷从土壤到植物根际并进入植物体的过程,植物抗砷的生理分子机制以及微生物与植物抗砷的研究进展。并对将植物耐砷机理运用到作物上,以及利用砷超积累植物清除环境中的砷做了展望。     

不同牧草对黄土丘陵区土壤培肥效果的研究

以黄土丘陵区具有代表性的禾本科笔草无芒雀麦及豆科牧草沙打旺，草木樨为材料，研究其对川台地土壤腐殖质含量和组成，有关营养元素及后茬作物产量的不同影响，结果表明，种植禾本科及豆科牧草均能提高土壤中腐殖质及氮素营养的水平，其中禾本科牧草效果较豆科牧草更为明显，它们对土壤中微量元素的影响因各自对营养元素的利用程度而异。三种牧草样地后茬作物的产量以草木樨为高，无芒雀麦不宜与禾本科作物轮作。     

河北沧州果品主产区土壤砷空间变异性研究

采用GIS技术和地统计学相结合的方法对河北沧州果品主产区献县、泊头、沧县3个县表层土壤(0～20 cm)砷的空间分异特征进行了分析。结果表明:3个县表层土壤砷的平均值为12.46 mg kg-1,砷污染存在的风险较低。土壤砷最优理论模型为指数模型,空间结构上具有中等程度空间相关性,说明其空间变异主要是由母质、地形、土壤类型等结构性因素引起的。各向异性分析表明地质背景、河流和飘尘可能影响着土壤砷的分布。Kriging插图结果直观的反映出研究区内土壤砷的空间变异特征。调查结果显示含砷污水的农田灌溉,含砷煤燃烧产生的大气降尘,含砷农药、化肥的使用等是影响土壤砷分布的人为因素。     

添加外源耐砷菌与零价铁对土壤砷有效性和形态的影响

采用室内土壤培养试验,探讨了外源添加耐砷真菌棘孢木霉（TrichodermaasperellumL．）和零价铁对土壤砷的有效性和形态转化的影响。结果表明：向污染土壤中添加耐砷真菌棘孢木霉后,随着培养时间的延长,土壤中水溶态砷和NaHCO,提取态砷含量均呈稳定增加趋势,耐砷真菌促进了土壤中砷的溶出和释放;培养30d时,耐砷菌处理土壤有效砷含量比同期对照增幅达3．9％-10．7％,水溶态砷以As（V）为主,未检测到As（Ⅲ）、一甲基胂（MMA）、二甲基胂（DMA）等其他形态的砷;随着外源零价铁的加入,土壤中砷的活性大大降低,其有效砷含量降幅为76．5％-90．4％;在耐砷菌与零价铁联合作用下,相比于单纯的零价铁处理,土壤有效砷含量显著增加（p〈0．05）,因耐砷真菌棘孢木霉的加入导致零价铁对土壤砷的固定效率下降7．0％-11．1％。耐砷菌导致土壤砷活化可能主要与残渣态向非专性吸附态砷的转化等过程有关,外源零价铁对土壤砷的固定作用可能与非专性吸附态向无定形及弱晶质氧化物结合态、残渣态砷等转化过程相关;耐砷菌的加入抵消了零价铁对土壤砷的部分固定效果,但短期内（〈30d）不会构成大的影响。     

农膜残留污染研究

通过科学的模拟试验，研究了土壤中残留农膜对小麦、玉米、花生、蔬菜等作物的生长发育、产量及对土壤理化性状的影响。研究结果表明：残留农膜不仅影响土壤的物理性质，破坏土壤结构，而且妨碍了作物扎根和对水肥的吸收，影响作物的生长发育和产量。     

化学萃取修复砷污染土壤的研究进展

因含砷化学品的使用引发重大砷污染事件时有发生,而土壤是其最大的受害者。土壤中的砷会在农作物体内富集影响其生长并可通过食物链进入人体对人类健康造成的严重的危害。因此有必要寻找一种快速高效的方法对砷污染土壤进行修复。化学萃取修复技术具有可修复严重砷污染土壤,效率高,修复时间短,操作简单等优点,目前应用的较广泛。本文综述了化学萃取技术的原理、步骤、过程以及砷污染土壤的化学萃取修复技术中一些对砷萃取效率的影响因素,指出了化学萃取修复技术可能的改进方向为砷污染修复的进一步研究提供了理论依据。     

叶面喷施硅和硒对水稻砷积累及光合参数的影响

本文采用盆栽试验，研究了在砷污染土壤上，水稻叶面分别喷施硅溶液、硒溶液和硅硒混合溶液对籽粒砷含量相对较低的水稻品种旌1优华珍和C两优华占以及籽粒砷含量相对较高的水稻品种丰优香占砷积累和光合参数的影响。试验结果表明，3种叶面喷施处理相比较而言，以叶面单独喷施硅降低水稻籽粒砷含量效果最好，优于叶面单施硒和叶面喷施硅硒混合液处理。叶面单独喷施硅与对照相比，显著降低了籽粒砷含量相对较低的两个水稻品种的籽粒砷含量，但对籽粒砷含量相对较高的水稻品种则没有显著影响。籽粒砷含量相对较低的水稻品种更多比例的砷固定在茎中使其稻米砷积累量较低。3种叶面喷施处理与对照相比均提高了水稻光合参数(如光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度)，光合参数与水稻砷浓度呈负相关关系，叶面喷施硅或硒对水稻叶片光合参数的影响差异可能是造成籽粒砷含量差异的重要原因，不同水稻品种叶片光合参数对外源硅或硒的敏感度或响应度不同。总之，叶面喷施硅溶液对改善水稻光合参数的效果最好，是减少水稻籽粒砷含量一项经济有效的措施，在生产应用实践中，要注意作物品种间的差异。     

土壤和作物样品湿法消化中砷的损失

通过对６种土壤和作物样品用混合酶湿法消化测定砷的实例，作者认为，消化过程中用硫酸因温度条件掌握不当，造成砷的挥发或沉淀损失，用盐酸加热样品或消化后煮沸溶解砷时，会造成砷的挥发损失；王水冷消化所未赶走的硝酸对后继测定砷产生副干扰，本文从学反应的角度作了证明，并引证用示踪元素＾７６Ａｓ的回收资料作了旁证，并对损失最明显的因素提出了改进意见。     

黄河下游地区表层土壤盐分对作物产量的影响

应用地质统计学原理与方法，描述了黄河下游地区表层土壤盐分及相应作物产量的空间与时间变化分布趋势及特征，统计分析了不同土、水、肥组合条件下表层土壤盐分对夏玉米和冬小麦产量的影响。分析结果表明，表层土壤盐分及作物产量在周年内表现出相反的空间分布状况和相近的时间变异分布趋势。作物产量的空间分布明显受到表层土壤盐分空间分布趋势的影响，表层土壤含盐量和作物产量在灌区上、下游的分布状态相对稳定，而在中游的变化却呈现出各自明显的季节性差异。不同土、水、肥组合条件下，表层土壤盐分状况对冬小麦产量的影响较大，表层土壤盐分给定时，在相近的施肥水平下，灌溉条件对冬小麦产量的影响较大，而相近的灌溉条件下，不同施肥水平则对两种作物的产量均有明显的影响。研究成果可为灌区制定合理的农田水土管理策略和作物种植模式提供参考。