水稻土中砷的环境化学行为及铁对砷形态影响研究进展
中轻度砷污染土壤-水稻体系中砷迁移行为研究
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-水稻系统砷的生物地球化学过程研究进展
1.1 As 形态及吸收 As 的迁移转运是导致其暴露风险的主要原因。
在还原环境中，As 通常以亚砷酸盐阴离子（HxAsO3x-3） 的三价态 As（Ⅲ）形式存在；在氧化环境中，As 通常以 砷酸盐阴离子（HxAsO4x-3）的五价态 As（Ⅴ）形式存在， 其中 As（Ⅴ）对铁、铝和锰的氧化物具有较强特异性 亲 合 力 ，从 而 可 以 吸 附 在 土 壤/沉 积 物 中 的 矿 物 质 上[9]。除了无机砷 As（Ⅲ）和 As（Ⅴ）以外，土壤中还存 在较低含量的有机砷，如单甲基砷（MMA）和二甲基 砷（DMA）[10]。无机砷的毒性远大于有机砷，而 As（Ⅲ） 的毒性是 As（Ⅴ）的几十倍，因而总 As 浓度及 As 形态 都是评价 As 污染环境风险的主要指标[11]。
收稿日期：2018-10-16 录用日期：2018-12-28 作者简介：吴 川（1983—），女，湖南湘潭人，博士，教授，主要研究方向为重金属污染环境修复。E-mail：wuchuan@ *通信作者：薛生国 E-mail：sgxue70@ 基金项目：国家自然科学基金项目（41771512）；湖南省湖湘青年英才项目（2018RS3004） Project supported：The National Natural Science Foundation of China（41771512）；Hunan Science & Technology Innovation Program, China（2018RS3004）
农业环境科学学报 第 38 卷第 7 期
在水稻中积累[15]。稻米中的 DMA 虽然对人类毒性较 小，但其可能会在烹饪过程中反向转化为无机砷，从 而产生更大的毒性[15]。 1.2 水稻 As 的代谢（根际、根-秸秆-谷粒）
水稻中重金属污染及防治研究进展
水稻中重金属污染及防治研究进展唐守寅福建农林大学资源与环境学院摘要：从重金属在水稻中的累积及迁移、重金属污染对水稻的影响、土壤改良剂抑制水稻对重金属的吸收三个方面介绍了水稻中重金属污染及防治研究进展，并对今后水稻重金属污染的研究方向提出了一些建议。
关键词：水稻；重金属；迁移转化；吸收0 前言在化学领域中，重金属是指比重大于4或5的金属。
大多数金属都是重金属。
环境污染领域所说的重金属主要是指Hg、Cd、Pb、Cr和类金属A8等生物毒性明显的重金属元素，此外，还包括Cu、Co、Ni、Sn等具有一定毒性的重金属元素[1]。
研究发现，我国部分城镇的农田菜地已出现土壤重金属污染超标的现象，超标元素主要为Cd、Hg、As、Pb、Cu、Ni，香港、广州、成都等不少城市已出现了不同程度的重金属污染[2]。
我国每年因土壤重金属污染造成的经济损失达到近200亿元[3]。
土壤重金属微量元素由于隐蔽性强、毒性大、难降解且能沿食物链富集，成为人们优先考虑去除的污染物。
水稻是最主要的粮食作物之一。
土壤-水稻系统是重金属向人类食物链迁移积累、直接和间接危害人体健康的关键环节。
近20年来，由于人类的工农业生产和生活活动使得农田环境日益恶化，稻米中重金属积累增加直接威胁着人体健康[4]。
因此开展针对水稻的重金属污染及防治研究，对重金属在水稻中的富集、迁移转化、其对水稻的影响及如火如何防治的机理进行分析具有重要意义。
1 重金属在水稻中的累积及迁移1.1不同水稻品种对重金属的富集规律在相同条件下，不同的水稻品种由于其内部构造不同，对重金属富集存在显著差异。
Al-Saleh 和Shinwari (2001) []检测了27个水稻品种籽粒中的重金属含量, 结果表明, 不同品种Cd、Pb和Hg 含量差异很大。
蒋彬等通过研究发现，水稻籽实吸收重金属存在基因型差异，他们将来自于全国不同地区的239份样品种植在同一地区，发现各品种Pb、As含量存在极显著基因型差异，并筛选出了一系列低铅、低镉、低砷的品种。
无机砷在稻谷不同部位分布规律的研究
无机砷在稻谷不同部位分布规律的研究
近年来，由于污染物的不断增加，无机砷在稻谷中的含量也在逐年增加，砷的高含量对人体健康造成极大的危害。
因此，定量分析无机砷在稻谷不同部位的含量，对于科学识别砷污染的来源，预测污染物的迁移转化规律及砷污染土壤的补救措施，具有重要意义。
本文研究了无机砷在稻谷不同部位的分布规律，以期更好地保护人类健康。
研究发现，砷在稻谷的含量存在明显的分布规律。
首先，砷的含量在稻谷茎、叶和芒片三个部位，有明显的自然分布趋势，茎中的砷含量最高，叶中的砷含量次之，芒片中的砷含量最低。
其次，根据植物的生长季节，砷的含量也会有相应的变化趋势，例如，春季稻谷的砷含量最高，冬季次之；夏季稻谷的砷含量比其他季节要低，秋季最低。
再次，砷的转移转化规律也会影响砷含量分布，例如，大气中的砷会沉积到土壤中，种植的稻谷吸收了部分砷，使得稻谷的砷含量较高。
基于这些研究结果，可以采取有针对性的应对措施，以减少砷污染的影响。
例如，采取措施限制大气中的砷排放，以防止砷污染物沉积到土壤中；种植稻谷时可以选择低砷含量的土壤，降低砷污染；采取适当的植物保护措施，降低砷污染物在植物体内的吸收；及时处理堆肥中的砷污染物，以防止砷污染物再次进入土壤中等。
总之，本文以《无机砷在稻谷不同部位分布规律的研究》为标题，对无机砷在稻谷不同部位的分布规律进行了分析研究，发现了砷的自然分布趋势、季节变化趋势及转移转化规律，并介绍了一些针对性的
应对措施，以减少砷污染的影响。
希望本文能够为保护人类健康提供参考和借鉴。
小议水稻对砷吸收和代谢机制研究_论文格式_
小议水稻对砷吸收和代谢机制研究以下是一篇关于小议水稻对砷吸收和代谢机制研究的提纲，欢迎浏览！1 引言砷(as)是一种常见的环境毒物和人类致癌物，对动植物具有强烈的毒害作用。
as 污染在全世界（尤其在东南亚）已成为一个严峻的环境问题，目前已有数百万人口受到as 中毒的影响。
近年来，由于含as 灌溉水的大量使用，导致农田土壤as 高度积累。
世界上近一半人口，包括几乎整个东亚和东南亚的居民，均以稻米为主食。
不幸的是，大面积的水稻田已经遭受as 污染，而且水稻比其他农作物更易积累as，这使人类健康受到严重威胁。
水稻as 污染已成为当今全球环境热点问题之一。
针对大面积受as 污染的水稻田，传统的物理、化学修复方法因工程量大、费用高等，不适应于大面积中-低度污染的农田的治理。
而新兴的植物修复技术受修复植物生物量小、修复时间长等因素制约，走向产业化目前任务还很艰巨。
为此，世界各国科学家们都在努力寻找一条经济、有效、可行的途径来解决稻米as 污染问题。
国内外已有很多关于水稻as污染情况的调查研究，而且在水稻对as 的吸收、积累和代谢生理和分子生物学机制，及影响水稻累积as 的主要因素等方面也作了诸多的研究和探讨。
本文就上述领域并结合作者课题组的相关研究成果，综述了近年来此领域的主要研究进展。
2 水稻as 污染情况2.1 稻田土壤as 污染as 污染问题受到广泛关注，始于孟加拉国地下水as 污染导致大量人群as 中毒。
迄今为止，除孟加拉外，已发现许多国家或地区（尤其是南亚国家）的部分稻田受到严重的as污染，如，中国、柬埔寨、印度、蒙古、缅甸、尼泊尔、巴基斯坦、泰国和越南等。
稻田as 污染来源主要包括：含as 地下水灌溉、采矿活动、含as 杀虫剂/除草剂/肥料使用等工农业生产活动。
在孟加拉国，大量受as 污染地下水被用于灌溉农田，每年通过灌溉水进入孟加拉耕地（主要是水稻田）的as 大约有1000t。
meharg 和rhman调查研究发现孟加拉部分地区的水稻田土壤as 含量最高可达46 mg·kg-1，是孟加拉土壤as 背景值的4～9倍。
水稻土中铁的微生物还原及对砷运移的影响的开题报告
水稻土中铁的微生物还原及对砷运移的影响的开题报告1.研究背景和意义水稻是世界上最重要的粮食作物之一，但是水稻生长的土壤中含有的砷污染问题严重影响了水稻的产量和质量。
根据相关研究表明，砷主要以二价及三价态存在于土壤中，而在还原等特定环境下，砷离子会被还原为更容易在土壤中积累和转移的五价砷酸根离子，从而加重了土壤中砷的富集和水稻对砷污染的吸收和积累。
因此，研究水稻土中铁的微生物还原及其对砷运移的影响具有重要的理论和实际意义，有助于有效地解决水稻地区砷污染的问题。
2.研究内容本研究将选取砷污染水稻土样品，通过分别设立对照组和实验组，采用不同的处理方法测定不同条件下砷吸附和转化的动力学过程，重点研究以下内容：（1）水稻土中铁的微生物还原特性（2）铁还原菌对砷吸附和转化的影响（3）不同还原剂对砷吸附和转化的影响3.研究方法1）实验设计：采用完全随机设计 (CRD)，设置对照组和实验组。
2）实验操作：测定不同条件下水稻土中铁的微生物还原特性，并通过分别添加不同的还原剂、铁还原菌和控制因素等不同实验组测定不同条件下的砷吸附和转化动力学过程。
3）样品分析：采用不同的仪器分析不同实验组的砷吸附和转化效果，如ICP-AES、XRD、SEM等。
4. 预期结果预计研究结果将揭示水稻土中铁的微生物还原特性及其对砷吸附和转化的影响机制。
在此基础上，将进一步发掘铁还原菌在砷转化中的作用，探究不同还原剂对砷的影响，为水稻地区砷污染问题的解决提供有力的理论支撑。
5.参考文献[1] 丁有福, 李忠献, 鲜香,等. 土壤砷的污染与植物的抗性和修复 [J]. 生态环境,2013,(05):862-872.[2] WANG H, ZHANG X, WANG C, et al. The effects of microbial reduction on arsenic speciation and bioavailability in a red paddy soil[J]. Science of The Total Environment, 2018, 628:399-406.[3] GUO H, CHEN G, XUE G, et al. Characterization of arsenic mobilization and accumulation in sediments and rhizosphere soil from the Honghu Marsh, China[J]. Journal of Hazardous Materials, 2017, 324(Pt A):262-270.。
水稻砷吸收代谢的相关研究进展
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。
污染水稻土中砷及其与土壤基本理化性质关系的研究
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所以土砷全量随土壤有效磷含量的增加而呈增加趋势。当升 高到一定程度又下降 ,可能是因为砷在土壤中的运动与磷相 似 ,特别在酸性土壤中 ,吸附固定的砷和磷都转化为铁和铝的 结合态 ,但磷的吸附比砷大 ,磷置换砷的能力较强 ,被置换出来 的砷被作物吸收。泉州采样区土砷全量与有效态磷相关关系 不明显。这可能是因为该采样区污染情况比较复杂 ,掩盖了一 些正常状况下所表现出来的规律。 2. 2 土壤有效砷与土壤基本理化性质的关系 图 2 表明 , 土壤 全 砷 与 土 壤 有 效 砷 呈 极 显 著 性 线 性 正 相 关 ( R2 = 0. 544 0 3 3 , n = 39) ,这与黄瑞卿[7] 的研究结果一致 。图 3 表 明 ,土壤有效砷与土壤 CEC 呈极显著线性正相关 ( R2 = 0. 544 0 3 3 , n = 39) 。图 4 表明 ,土壤有效砷与土壤游离氧化 铁呈极显著线性正相关 ( R2 = 0. 0. 754 6 3 3 , n = 39) 。
rice production in field. Key words Polluted paddy soil ; Arsenic ; Fundamentally physicochemical properties of soil
砷广泛存在于自然界 ,医学研究证明 ,砷具有很强的生 物毒性以及致畸、致癌等环境危害[1] ,世界卫生组织建议砷 的日摄入量每公斤体重不超过 0. 05 mg[2] 。由于人类活动释 放大量的砷而使土壤重金属大量富集 ,进而影响到我国的稻 米质量安全。因此 ,研究污染水稻土中砷与土壤基本理化性 质的关系 ,具有重要的理论和实践价值。 1 材料与方法 1. 1 试验材料 2004 年 11 月在晚稻收获期分别在泉州和 漳州污灌地区各取 20 个水稻样品 ,同时采集对应的土壤耕 层(略深于根系分布层 , ≤15 cm) 样品。供试土壤的基本理化 性质为 :pH6. 23 ,有机质 37. 54 g/ kg , CEC 14. 09 cmol/ kg , < 0. 002 mm 粘粒 37. 14 g/ kg ,游离氧化铁 12. 40 mg/ kg。 1. 2 试验方法 土壤全砷用硝酸 - 硫酸 - 高氯酸三酸消 解 ,在原子荧光光谱仪上测定[3] ;有效砷用磷酸二氢钠溶液 提取 ,滤液在原子荧光光谱仪上测定[4] 。 2 结果与分析 2. 1 土壤全砷与土壤基本理化性质的关系 采样区土壤砷 含量状况见表 1。土壤中砷含量除与母质砷含量密切相关 外 ,还受到土壤性质的影响。进入土壤的砷会被土壤所吸附 固定 ,砷的吸附固定与解吸受多种土壤因素的影响[5] 。图 1 表明 ,土砷全量与土壤游离氧化铁含量呈极显著线性正相关 ( R2 = 0. 377 7 3 3 , n = 39) 。其原因可能是在南方酸性土壤中 砷被土壤吸附 ,与铁、铝等离子结合成复杂的难溶性砷化物 , 有利于砷在土壤表层的积累。研究发现 ,砖红壤性灰壤表土
铁强化生物硅钝化稻田镉砷的主导效应和协同固碳机制
一、铁强化生物硅钝化稻田镉砷的作用机制在农田生态系统中，镉和砷等重金属污染物已经成为威胁农产品品质和农田生态环境的重要因素。
为了减轻农田重金属的污染，目前已经提出了多种方法，其中包括生物硅钝化稻田镉砷的方法。
而铁强化是生物硅钝化稻田镉砷的主导效应之一。
其作用机制主要包括以下几点：1. 铁的离子交换作用：铁能够与土壤中的镉和砷等重金属离子发生离子交换作用，减少重金属在土壤中的活性，从而减少重金属对植物的毒害作用。
2. 铁的氧化还原作用：铁在土壤中具有一定的氧化还原能力，能够促进土壤中镉和砷的氧化还原反应，使其转化为较为稳定的形态，减少其对农作物的毒害。
3. 铁的络合作用：铁能够与土壤中的有机物和无机物形成络合物，减少土壤中镉和砷的活性，从而减少其对农作物的毒害作用。
二、铁强化生物硅钝化稻田镉砷的协同固碳机制除了减轻农田重金属污染的作用外，铁强化生物硅钝化稻田镉砷还具有协同固碳的机制。
其主要表现在以下几个方面：1. 促进土壤微生物活性：铁能够作为微生物的重要营养元素，促进土壤微生物的生长和活性，提高土壤微生物对有机物的分解能力，增加土壤有机碳含量。
2. 促进植物生物量增加：铁能够促进植物的生长发育，增加植物生物量，提高植物的碳固定能力，增加土壤有机碳含量。
3. 促进土壤结构改善：铁能够与土壤颗粒发生化学反应，促进土壤结构的改善，增加土壤孔隙度，提高土壤通气性和保水性，有利于有机碳的固定。
通过上述机制，铁强化生物硅钝化稻田镉砷不仅可减轻农田重金属污染的影响，还能协同固碳，促进农田生态环境的改善和农作物产量的提高，具有重要的应用价值和研究意义。
文章总结本文主要阐述了铁强化生物硅钝化稻田镉砷的主导效应和协同固碳机制。
在作用机制方面，铁强化能够通过离子交换、氧化还原和络合等作用，减少土壤中镉和砷的活性，降低其对农作物的毒害作用；在协同固碳机制方面，铁强化能够促进土壤微生物活性、植物生物量增加和土壤结构改善，增加土壤有机碳含量。
硅调控土壤—水稻中砷环境行为的研究进展
硅调控土壤—水稻中砷环境行为的研究进展刘文菊【摘要】水稻是典型的湿地植被之一,淹水的生长环境使水稻积累砷的能力强于其他谷类作物,对稻米的安全性构成威胁.淹水稻田土壤溶液中砷的主要存在形态为亚砷酸,其与硅酸为化学类似物,亚砷酸可通过根细胞膜上硅酸的转运通道被吸收,因此,外源添加硅可以降低水稻对砷的吸收、累积以及稻米中砷的健康风险.本文从土壤中砷的生物地球化学过程,硅对土壤中砷环境行为的影响,水稻对砷的吸收与转运,外源硅对水稻吸收及累积砷的影响等方面进行了综述,并对今后开展的研究进行了探讨.【期刊名称】《河北农业大学学报》【年(卷),期】2019(042)003【总页数】7页(P1-7)【关键词】土壤—水稻体系;硅;砷;吸收;迁移【作者】刘文菊【作者单位】河北农业大学资源与环境科学学院/河北省农田生态环境重点实验室,河北保定071000【正文语种】中文【中图分类】S154.4近年来，地下水及土壤的砷污染问题受到世界关注［1-2］。
土壤中的砷被植物根系吸收后转运至可食部位，并通过食物链进入人体，从而对身体健康构成威胁。
我国土壤中砷的背景值为11.2 mg/kg［3］，农田土壤中砷主要来源于自然过程和人为活动，其中人为输入源更为重要，包括：采矿、冶炼、污泥农用、施肥、杀虫剂的使用和富砷地下水和地表污水的灌溉，其中采矿和冶炼是影响土壤中砷累积的主要人为因素。
我国的含砷矿广泛分布在湖南、云南、广西、广东、陕西、内蒙古等省区，含砷矿在开采或冶炼过程中很容易造成附近农田土壤污染［4］。
在浙江某铅锌尾矿区土壤砷浓度甚至高达300～400 mg/kg，水稻籽粒中总砷含量高达0.75 mg/kg［5］，且籽粒中砷的主要存在形态为无机砷，并远超过稻米中无机砷限量标准0.20 mg/kg（GB 2762—2017）。
陈同斌等调查研究表明，砷在北京市菜地、稻田、果园、绿化地、麦地及自然土壤中均有不同程度的增加，其中稻田土壤中砷的平均含量最高［6］。
土壤-植物体系中砷形态分析研究进展
土壤-植物体系中砷形态分析研究进展摘要:不同存在形态的砷可产生不同的环境效应，土壤中砷的迁移性也主要取决于其存在形态，并决定其毒性程度。
本文的目的是研究、总结和讨论土壤-植物体系中砷的形态分析的研究进展，总结砷的来源和含量，土壤-植物体系中砷的存在形态及其毒性，砷污染对人体和植物的危害。
研究发现土壤-植物体系中砷形态均分为有机砷和无机砷两大类。
其中As III 含量最高，且As III的毒性大于As v的毒性，甲基化砷的含量和毒性均较低。
文章最后提出结论和建议。
关键词：土壤-植物体系;砷;形态分析Research on Speciation of Arsenic in Soil-plant SystemLv Ya-chao (Guizhou Provincial Key Laboratory for Information System of Mountains Areas and Protection of Ecological Environment, Guizhou Normal University,Guiyang,550001)Abstract: Different forms of arsenic can cause different environmental effects, mobility ofarsenic in soil are mainly depend on its speciation, and determine their degree of toxicity. The goal of this review is to examine, summarize and discuss the information of research progress of speciation analysis of arsenic in soil-plant system, summary of sources and content of arsenic, speciation of arsenic and its toxicity, harm of arsenic pollution to human health and plants. The study found that inorganic arsenic and organic arsenic in arsenic species are divided into two broad categories in soil-plant system. There is a high ratio of As III to total arsenic. As III toxicity is greater than the toxicity of As v. Methylation of arsenic content and low toxicity. Finally,conclusions and recommendations.Key words: soil-plant system; arsenic; speciation analysis自然土壤中砷的背景值一般为5~10 mg/kg(世界范围)[1]；在我国土壤中，砷的背景值为11.2 mg/kg。
水淹条件下水稻土中砷的生物化学行为研究进展
水淹条件下水稻土中砷的生物化学行为研究进展钟松雄;何宏飞;陈志良;尹光彩;林亲铁;黄玲;王欣;刘德玲【摘要】Oxidation,reduction and methylation of arsenic in paddy soil are the key factors regulating transportation,transformation,and crop uptake of the element. Flooding is a common farming practice in rice cultivation,forming an anaerobic environment in the paddy soil,which not only affects the biochemical behavior of arsenic significantly,but also is often associated with enhanced uptake of arsenic by rice, thus further posing a health risk to those who consume rice as staple food. Studies in the past focused mainly on those behaviors of soil arsenic in flooded anaerobic paddy soil and their relevant mechanisms,but a comprehensive review of the studies is yet to be prepared. In this study,the biochemical behaviors of arsenic in paddy soil is summarized,and their relevant mechanisms and influential factors,including iron oxides,organic matter,redox potential(Eh)and pH are discussed. Besides,the paper also elaborates discussed how the anaerobic condition in the flooded paddy field during the paddy rice growing season affects those biochemical behaviors. Generally speaking,the iron and arsenic reducing microbes in the soil are mainly anaerobic microbes,e.g. Geobacter,Shewanella and Myxobacter,while the iron and arsenic oxidizing microbes are predominantly aerobic microbes. Therefore, the development of an anaerobic reducing condition in flooded paddy fields favors microbial iron and arsenic reduction,and what is more,as iron oxides are the mosteffective scavenger of arsenic in paddy soil,the flooded anaerobic environment also favors release of arsenic. It is noteworthy that arsenic desorbed from iron oxides is more prone to bioreduction. Studies in the past indicate that adsorption of arsenic by iron oxides like ferrihydrite,goethite and hematite,especially ferrihydrite,the most abundant amorphous iron oxide in paddy soil,retards bioreduction of arsenic. Another contributor to enhanced bioreduction and release of arsenic is organic matter,which serves as nutritional substance and electron donor for microbes in metabolism. In flooded anaerobic paddy soil,the addition of extraneous organic matter facilitates formation of a reducing environment,stimulates reductive iron dissolution,arsenic reduction and arsenic release in rate and extent. Besides,flooded anaerobic paddy soil is also favorable to arsenic methylation,which uses arsenite as potenital inorganic substrate. Although flooded anaerobic paddy soil is not good to microbial arsenic oxidation,anaerobic arsenic oxidation processes mediated by microbes harboring arxA gene in paddy soil was reported in studies in the past. In terms of genes in microbes responsible for arsenic metabolism,current researches focus mainly on the followingones:arrA,arsenic respiratory reduction gene;arsC,arsenic detoxification reduction gene;aroA,arsenic oxidation gene;arxA,anaerobic arsenic oxidation gene;and arsM,arsenic methylation gene. In the poevious studies,gene arsC was found in close relationship with arsM,which is related to the response of the microbes harboring these genes to the stress of arsenic toxicity. By studying changes in abundance,diversity andgene expression of the microbial community in flooded paddy soil,a clearer picture can then be plotted of the biochemical behavior of soil arsenic in paddy soil as affected changes in environment. At the end,the paper describes prospects of the research and holds that the researches may serve as references for prevention of arsenic contamination in paddy soil and for alleviation of uptake and accumulation of arsenic by rice. For future researches the following aspects should be covered:(1)Effects of organic matter,relative to type,on diversity of arsenic metabolising microbes that are capable of mediating dissimilatory iron reduction,arsenic reduction and methylation,direct physciochemical interaction between organic matter and arsenic,and ternary interaction of organic matter-iron mineral-arsenic as affected by chelation,competition andcoupling;(2)Response of arsenic metabolism related enzymes to variation of micro-environment and its relationship with arsenic transportation and transformation,and relationship between organic matter and arsenic methyltransferase in the microbes;(3)Influence of carbon and nitrogen recycling,particularly Feammox,on biochemical behaviors of iron and arsenic,and influences of nitrogen-iron recycling and carbon-iron recycling on arsenic redox,e.g. influences of the competition between dissimilatory iron reduction and Feammox on arsenic dynamics;(4)Systems research on dynamics of the microbial community involved in arsenic metabolism in rhizospheric soil and bulk soil and biochemical behaviors of arsenic at the soil interface and soil-solution interface in paddy fields subjected flooding and draining,long term flooding or sprinkler irrigation.%水稻土中砷的氧化还原和甲基化等生物化学过程是影响水稻砷毒性的主要作用机制;同时,水淹厌氧条件是驱动水稻土中砷的生物化学过程关键环节,且是导致水稻对砷大量吸收累积的主要原因,对以水稻为主食的人们造成健康威胁.本文综述了水稻土中砷的氧化还原和甲基化现象、砷的生物化学作用机制以及影响水稻土砷迁移转化的关键因素,并探讨了水淹厌氧条件对水稻土砷代谢微生物群落、微生物基因表达水平以及对砷归趋的影响.最后,展望了未来的研究方向,以期识别不同水管理模式下土壤微环境对水稻土中砷代谢微生物群落结构与基因表达水平的影响机制,为深入理解砷的生物化学行为和降低水稻对砷的吸收累积提供科学的理论参考.【期刊名称】《土壤学报》【年(卷),期】2018(055)001【总页数】17页(P1-17)【关键词】水稻土;水淹条件;砷;生物化学行为;氧化还原;甲基化【作者】钟松雄;何宏飞;陈志良;尹光彩;林亲铁;黄玲;王欣;刘德玲【作者单位】中国科学院广州地球化学研究所,广州 510640;环境保护部华南环境科学研究所,广州 510655;中国科学院大学,北京 100049;广东工业大学环境科学与工程学院,广州 510006;环境保护部华南环境科学研究所,广州 510655;广东工业大学环境科学与工程学院,广州 510006;广东工业大学环境科学与工程学院,广州510006;环境保护部华南环境科学研究所,广州 510655;环境保护部华南环境科学研究所,广州 510655;环境保护部华南环境科学研究所,广州 510655【正文语种】中文【中图分类】X53砷是土壤中的重金属污染物之一，被国际癌症研究机构归类为第一类致癌物［1］。
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
010021; 2 中国科学院生态环境研究 中心 , 北京 314016)
100085 ; 3 浙江大 学环境与
310029; 4 浙江省嘉兴市农业科学研究院 , 嘉兴
摘要 : 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 15 m g /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, p < 0 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, p < 0 05; r = 0 91, n = 14, p < 0 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 m g /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, p < 0 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 . 关键词 : 水稻 ; 铁膜 ; 砷 ; 吸收 ; 转运
土壤-植物系统砷污染控制方面取得重要进展
土壤-植物系统砷污染控制方面取得重要进展砷是环境中无处不在的污染物，威胁着世界各地的数以千万计人的身体健康。
人体主要通过饮用含砷的水和食用砷污染的食物来摄入砷。
对于东南亚以大米为主食的人群，大米食用是人体摄入砷的最主要途径。
如何阻控砷进入水稻籽粒是一个控制砷环境健康风险的重点和难点之一。
到目前为止，植物根系是如何吸收砷，以及砷在茎叶中的转运和转化机制已经有较多的研究，但是对于砷是如何进入植物种子、并在种子中积累的相关机制却仍不清楚。
已有的研究表明韧皮部是植物籽粒中砷积累的主要途径。
但由于韧皮部装载机制比较复杂，研究比较困难，目前国内外没有相关研究的报道。
中国科学院生态环境研究中心朱永官研究员领导的团队与德国和美国合作，以模式植物拟南芥为研究对象，证明肌醇通道是植物韧皮部砷装载的主要通道。
拟南芥有3个肌醇通道基因，其中AtINT2和AtINT4主要在韧皮部的伴胞细胞膜上表达。
当他们将这两个基因分别表达在酵母和蛙卵中，均能显著增加酵母和蛙卵中砷的积累，并显著降低酵母菌对砷的耐性。
AtINT2或AtINT4突变能使植物韧皮部和荚果中的砷浓度显著降低，特别是种子中的砷浓度能减少约一半，但对木质部中砷浓度没有显著影响。
这些结果清楚地表明肌醇通道能装载砷到韧皮部，是调控拟南芥籽粒中砷积累的关键因子。
该研究填补了植物韧皮部中砷转运机制研究的空白。
目前，植物籽粒中砷积累过程得到了比较完整的表征：木质部将砷转运的植物维管束组织，肌醇通道将维管束组织中的砷转运到韧皮部，并进一步通过韧皮部的筛管系统转运到种子。
如果水稻肌醇通道同样是水稻韧皮部中砷的装载门户，那么肌醇通道可作为培育低砷积累水稻新品种的分子标记，这对于降低大米砷积累、控制全球性大米砷污染而造成的健康风险是一个很大的进步。
该研究成果已经发表在Nature Plants上。
该研究得到国家自然科学基金项目的支持。
稻田土壤砷还原菌对砷与铁还原释放过程的影响
稻田土壤砷还原菌对砷与铁还原释放过程的影响微生物在土壤氧化态砷(As(Ⅴ))的释放、迁移和转化过程中扮演着重要的角色。
为了解析石门雄黄矿污染土壤中的As(Ⅴ)还原性微生物在As迁移转化过程中的作用特征,从雄黄矿区As污染稻田土壤中筛选分离了 5 株好氧性 As(Ⅴ)还原菌 SM4,SM9,SM12,SM14,SM15和厌氧性As(Ⅴ)还原菌群,这些菌株均可以在200 mg/L As(Ⅴ)溶液环境中生长。
实验研究了 As(Ⅴ)还原菌对溶解态、吸附态和土壤结合态As(Ⅴ)以及Fe 氧化物的还原转化与溶解释放的特点与规律,主要结论如下:(1)5株好氧性As(Ⅴ)还原菌具有较强的As耐性和As(Ⅴ)还原能力:在200 mg/L As(Ⅴ)溶液中,24 h内各菌株均能够将As(Ⅴ)完全还原为As(Ⅲ);在2 mg/L As(Ⅴ)溶液中,12 h内能够将As(Ⅴ)完全还原为As(Ⅲ);在两种浓度的As(Ⅴ)溶液中各菌株的最大生长量无显著性差异;(2)厌氧性As(Ⅴ)还原菌群虽然也具有较好的As(Ⅴ)耐受性和较强的As(Ⅴ)还原能力,但还原速率相对较低,对于200 mg/L As(Ⅴ)溶液,厌氧菌群需要3 d才能够将As(Ⅴ)完全还原为As(Ⅲ)。
(3)针对水铁矿吸附态As(Ⅴ),好氧As(V)还原菌株SM 14在80 h内对As(Ⅴ)和Fe(Ⅲ)的最大还原量分别为66.72 μM,和2.17 mM;厌氧还原菌群在120 h内对As(Ⅴ)和Fe(Ⅲ)的最大还原量为63.44 μM,对最大还原量达到2.24 mM。
(4)对于土壤固相As(Ⅴ)和Fe(Ⅲ),好氧性As(V)还原菌株SM 14在24 h内对As(Ⅴ)的最大还原量为0.45 μM,在第7d增加至41.64μM;而厌氧还原菌群对土壤固相As(Ⅴ)的最大还原量则相对较低(0.6 μM)。
由此可见,As(Ⅴ)还原性微生物在土壤As的还原转化和溶解释放过程中扮演着重要的角色,对于土壤As污染修复具有重要的应用价值:一方面,可通过接种本土好氧性As(Ⅴ)还原菌强化超积累植物(如蜈蚣草)对土壤As的提取效能;另一方面,可在淹水条件下利用厌氧性As(Ⅴ)还原菌促进土壤非稳态As向上覆水中的溶解释放,进而通过排水去除土壤活化态As,降低土壤As生物有效性。
水稻砷吸收代谢的相关研究进展
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 （ Ａ ｓ ） 进 入食物链 的主要 途 径之 一 。综述 了ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ稻 对砷 的吸 收、 代谢 的相 关研 究 ， 以期 为解 决水稻 Ａ ｓ污 染提 供 参 考， 并对今后 的研 究提 出 了一些 建议 。
ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｑ ｕ ｌ ａ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ Ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ Ｒ ｉ ｓ ｋ Ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍ ｅ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ Ａ ｇ ｏ— ｒ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ（ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ） ，Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ｏ ｆ Ａ ｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ｅ ，Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ６ ４ ０ ，
５ １ ０ ６ ４ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；２ ． Ｔ ｒ ａ ｃ ｅ Ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ（ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ） ， Ｈｕ ａ ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ Ａ ｓ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ６ ４ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ３ ． Ｌ ａ －
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水 稻砷 吸 收 代 谢 的相 关 研 究 进 展
耿安静 － 一 ， 李汉敏 ， 王 旭 ， 陈 岩。 ， 赵晓丽 ， 王富华 ， 杨慧
小议水稻对砷吸收和代谢机制研究
三一文库（）/毕业论文/论文格式小议水稻对砷吸收和代谢机制研究以下是一篇关于小议水稻对砷吸收和代谢机制研究的毕业论文提纲，欢迎浏览！1 引言砷(as)是一种常见的环境毒物和人类致癌物，对动植物具有强烈的毒害作用。
as 污染在全世界（尤其在东南亚）已成为一个严峻的环境问题，目前已有数百万人口受到as 中毒的影响。
近年来，由于含as 灌溉水的大量使用，导致农田土壤as 高度积累。
世界上近一半人口，包括几乎整个东亚和东南亚的居民，均以稻米为主食。
不幸的是，大面积的水稻田已经遭受as 污染，而且水稻比其他农作物更易积累as，这使人类健康受到严重威胁。
水稻as 污染已成为当今全球环境热点问题之一。
针对大面积受as 污染的水稻田，传统的物理、化学修复方法因工程量大、费用高等，不适应于大面积中-低度污染的农田的治理。
而新兴的植物修复技术受修复植物生物量小、修复时间长等因素制约，走向产业化目前任务还很艰巨。
为此，世界各国科学家们都在努力寻找一条经济、有效、可行的途径来解决稻米as 污染问题。
国内外已有很多关于水稻as污染情况的调查研究，而且在水稻对as 的吸收、积累和代谢生理和分子生物学机制，及影响水稻累积as 的主要因素等方面也作了诸多的研究和探讨。
*就上述领域并结合作者课题组的相关研究成果，综述了近年来此领域的主要研究进展。
2 水稻as 污染情况2.1 稻田土壤as 污染as 污染问题受到广泛关注，始于孟加拉国地下水as 污染导致大量人群as 中毒。
迄今为止，除孟加拉外，已发现许多国家或地区（尤其是南亚国家）的部分稻田受到严重的as污染，如，中国、柬埔寨、印度、蒙古、缅甸、尼泊尔、巴基斯坦、泰国和越南等。
稻田as 污染****主要包括：含as 地下水灌溉、采矿活动、含as 杀虫剂/除草剂/肥料使用等工农业生产活动。
在孟加拉国，大量受as 污染地下水被用于灌溉农田，每年通过灌溉水进入孟加拉耕地（主要是水稻田）的as 大约有1000t。
零价铁固定稻田土壤砷的持久性研究
零价铁固定稻田土壤砷的持久性研究胡立琼;曾敏;雷鸣;廖柏寒;周航【期刊名称】《水土保持学报》【年(卷),期】2014(28)2【摘要】通过水稻盆栽试验,用零价铁固定湖南郴州污染稻田土壤中砷,分析水稻种植前和收获后水稻土中各形态砷、浸出砷及各形态铁含量的变化,研究零价铁固定稻田土壤砷效果的持久性,并从形态作用方面初步探讨固定机理。
结果表明,零价铁显著降低水稻种植前和收获后土壤易溶型砷(WE-As)含量。
在最大添加量8.00g/kg时,零价铁使种植前和收获后土壤中WE-As分别比对照降低77.5%和74.7%。
零价铁亦显著降低种植前土壤砷浸出量(p<0.05),但收获后土壤砷浸出量的降低未达显著水平。
尽管收获水稻后砷浸出量的降低效果有所减弱,但总体上在一个水稻生育期内,零价铁固定土壤砷的效果有较好的持久性。
从形态方面解释,零价铁固定土壤砷的机理主要是零价铁在土壤中转化为无定形铁(AO-Fe)、碳酸盐结合态铁(C-Fe)、氧化锰结合态铁(Mn-Fe)等能强吸附砷或与砷共沉淀的形态铁,与土壤中WE-As、铝型砷(Al-As)、铁型砷(Fe-As)反应,使其主要向稳定性强的残渣态砷(RS-As)转化。
【总页数】5页(P267-271)【关键词】零价铁;稻田土壤;砷;持久性;砷形态【作者】胡立琼;曾敏;雷鸣;廖柏寒;周航【作者单位】中南林业科技大学林学院;湖南农业大学生物科学技术学院【正文语种】中文【中图分类】X131.3;S153【相关文献】1.零价铁对上流式固定床中生物氧化三价砷的影响 [J], 万俊锋;蔡利芳;张玉聪;王岩2.改性纳米零价铁对稻田土壤As污染的修复效能 [J], 王侠;王欣;杜艳艳;何香艳;彭渤;谭长银3.零价铁与腐殖质复合调理剂对稻田镉砷污染钝化的效果研究 [J], 王向琴;刘传平;杜衍红;刘晓文;谭均;刘代欢;李芳柏4.水稻全生育期内零价铁与生物炭钝化土壤镉砷的协同效应与机制 [J], 张晓峰;方利平;李芳柏;于焕云;刘传平;杜衍红5.添加外源耐砷菌与零价铁对土壤砷有效性和形态的影响 [J], 刘云璐;李莲芳;曾希柏;刘小诗;苏世鸣;段然;王亚男;吴翠霞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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水稻土中砷的环境化学行为及铁对砷形态影响研究进展钟松雄;尹光彩;陈志良;林亲铁;彭焕龙;李方鸿;何宏飞【摘要】在水淹缺氧环境下，界面微环境中水稻土铁矿物的还原以及根表铁膜的生成是引起砷释放还原和促进砷被吸附的过程，识别铁对砷的作用机制是有效降低水稻对土壤砷吸收的方法。
本文综述了水稻土中铁对砷的作用机制的国内外研究现状，并从水稻通气组织、土壤溶液氧化还原电位、铁矿物类型、有机质和阴离子种类等5个方面讨论水稻土中铁对砷的化学行为的影响，并展望了今后的研究方向，以期为水稻土砷污染防治及抑制水稻对砷的吸收提供参考。
%Under flooded and anoxic condition, reduction of iron minerals in paddy soil and formation of iron plague on root surface in interface microenvironment cause arsenic to release and contribute to arsenic absorption. Characterizing mechanismsof how iron affect arsenic is an effective method for reducing absorptionof soil arsenic into rice. This paper reviewed the advances at home and abroad in iron’s effects on arsenic. The effects are discussed from five aspects, including rice aerenchyma, redox potential of soil solution, species of iron mineral, organic matter and species of anions, and research prospects are also discussed in order to provide references for remediation of arsenic contamination in paddy soil and inhibition of arsenic absorption into rice.【期刊名称】《土壤》【年(卷),期】2016(048)005【总页数】9页(P854-862)【关键词】砷;铁;水稻土;氧化还原;界面微环境【作者】钟松雄;尹光彩;陈志良;林亲铁;彭焕龙;李方鸿;何宏飞【作者单位】环境保护部华南环境科学研究所，广州 510655; 广东工业大学环境科学与工程学院，广州 510006;广东工业大学环境科学与工程学院，广州 510006;环境保护部华南环境科学研究所，广州 510655;广东工业大学环境科学与工程学院，广州 510006;环境保护部华南环境科学研究所，广州 510655;环境保护部华南环境科学研究所，广州 510655;广东工业大学环境科学与工程学院，广州510006【正文语种】中文【中图分类】X53土壤重金属砷主要来源于自然本底与人类活动。
人类的活动，如矿山开采、冶炼、施肥、灌溉等使得大量的砷进入土壤环境［1］。
2014年全国土壤污染状况调查公报显示，全国土壤重金属污染物中，砷为首要污染物［2］，且多地土壤中的砷含量超过《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）Ⅲ级标准［3］。
稻田土砷污染使得以稻米为主食的居民的健康受到严重威胁［4］。
研究结果表明，中国人均砷摄取量约为42 μg/d，其中大米的砷摄入量占总砷日摄入量的60%。
长期接触砷会导致肺损伤、外周神经损伤、皮肤病或心血管病，是引起皮肤癌、膀胱癌、肝癌、肺癌的因素之一［5］。
通过食物与饮用水暴露途径对人体健康产生影响，这直接或间接与土壤相关［6］。
水稻生长过程要经历淹水阶段，是导致水稻对砷的吸收量增加的原因［7-9］。
Somenahally等［9］和Arao等［10］通过对比研究间歇式水淹管理水稻与连续式水淹管理水稻的种植方法，发现连续水淹厌氧条件对于铁和砷的迁移转化具有巨大的影响。
Spanu 等［11］通过点喷式水管理水稻的种植方法，进一步验证有氧环境是抑制铁砷迁移转化的条件。
目前，大量研究表明厌氧条件下水稻对砷的吸收与铁的氧化还原参与有很大关系［12-14］。
水淹缺氧环境下，土壤中铁（Ⅲ）和砷（Ⅴ）被还原为铁（Ⅱ）和砷（Ⅲ），砷和铁从土壤颗粒上释放进入溶液［3，14-16］。
Bennett等［17］研究得出，土壤溶液中铁（Ⅱ）和砷（Ⅲ）的浓度呈极显著相关性，即铁矿物的还原性溶解和砷的迁移具有紧密的耦合关系。
水稻发达的通气组织，可将大气中的氧高效率地运输到根部，使根表处于相对有氧状态，导致根表附近铁（Ⅱ）被氧化，并沉积在水稻根表形成能吸附一定砷含量的铁膜［18-19］。
以往的研究多集中在铁膜形成的影响因素及相应吸附作用，对厌氧条件下水稻土中的铁砷耦合鲜有系统性分析，所以本文从铁循环角度出发探讨砷的地球化学过程，并就水稻通气组织、土壤溶液氧化还原电位、铁矿物类型、有机质和阴离子种类这5个方面对厌氧条件下水稻土中的铁砷耦合的影响进行探讨。
根据对砷的代谢机制的不同，微生物可划分为：①砷还原微生物；②砷氧化微生物；③砷甲基化微生物。
前两类微生物与砷的氧化还原有关。
1.1 砷的还原过程砷还原机制包括细胞质砷还原和异化砷还原。
细胞质砷还原是指将进入细胞内的砷（Ⅴ）还原为（Ⅲ），再通过膜蛋白将砷（Ⅲ）泵出细胞，以降低细胞内砷浓度［20］。
这个过程与细胞内的抗砷体系密不可分。
该体系中，ArsA基因和ArsB基因编码出ArsA/ArsB蛋白，两者在ATP的驱动下组成砷（Ⅲ）/砷（Ⅴ）的排出/吸入泵。
特异性ArsB转运蛋白独立作为砷的运输工具，它从砷抗性微生物的细胞质横跨至其细胞膜外，其基因在内膜上。
细胞质中的砷（Ⅴ）在ArsC还原酶的作用下被还原成毒性更强的砷（Ⅲ），砷（Ⅲ）在GSH（一种硫醇类还原剂）的辅助下又通过ArsB被排到细胞外。
实际上，这种膜泵出现的地方ArsB与ArsC基因常被发现同时出现［21］。
这种机制在大自然中分布非常广泛［22］，且涉及的以上基因在不同地区土壤中的分布情况有所不同，产生的作用有所差异［23］。
其过程示意图如图1所示。
发生异化砷还原时，异化砷还原菌在进行无氧呼吸时以砷（V）作为电子受体将其还原为砷（Ⅲ），并从中获取能量供自身生长［25］。
异化砷还原菌的还原机理不同于细胞质砷还原，后者的反应场所在细胞质中，而前者则是在细胞周质上，通过还原酶进行反应。
有研究表明，这种还原反应中需要用到一种由cymA基因编码的细胞色素C［26］。
在大多数自然环境下，砷（Ⅲ）以不带电的H3AsO3分子的形式存在，不会与其他带电粒子的电荷产生吸引或排斥作用，从而土壤中的异化砷还原会使得砷的移动性增强，这在一些情况下亦有利于去除土壤中的砷［25］。
Oremland和Stolzb［14］指出，能将砷酸盐作为终端电子受体以用于呼吸作用的异化砷还原菌类别众多，包括Sulfurospirillum deleyianum，S. multivorans， S. halorespirans和S. carboxydovorans等。
大量研究指出异化砷还原也可以直接发生在铁的（氢）氧化物之上［27］。
一般认为，异化砷还原菌介导的砷还原是由异化砷还原酶聚合物催化［20］。
1.2 砷的氧化过程陈倩等［20］指出，砷氧化微生物可分为化能自养型砷氧化微生物（CAOs）、异养型砷氧化微生物（HAOs）两类。
CAOs在厌氧环境中的电子受体多样，可以是硝酸根，也可以是铁矿物［20，22］。
最早纯化得到的厌氧自养砷氧化菌种为StrainMLHE-1，可以在氧化砷（Ⅲ）获得能量供细胞生长的同时还原NO3-［28］。
异养型砷氧化微生物（HAOs）同样也能够氧化砷（Ⅲ），但是需要有机物质作为能量与细胞生长的营养物质的来源［29-30］。
这些微生物含有由两个一大一小亚单位组合而成的砷（Ⅲ）氧化酶，并由某个启动子中的两组基因编码的，能催化砷（Ⅲ）氧化成砷（V）［31］。
且这种酶广泛存在于细菌与古菌中［21］，将氧化得到的电子传递到可溶于细胞质中的电子载体，如细胞色素C或甲胺脱氢酶，并氧化砷（Ⅲ）。
有些砷氧化微生物（Synechocystis）在高浓度磷条件下能更高效地氧化砷（Ⅲ），且高浓度的磷抑制其胞内砷（Ⅴ）还原。
同时，磷运输系统抑制细胞吸收砷（Ⅴ），主要是因为磷与砷竞争吸附砷酸盐还原酶ArsC上的活性点位［24］。
对于异养型砷氧化细菌，氧化过程实际上是一个解毒机理。
该过程是放热的，化学方程式可以表示为：目前，砷代谢微生物的研究主要集中于可培养菌群对砷的迁移转化的影响及机理，环境中不可培养的砷代谢微生物的生物多样性和群落结构有待进一步的研究。
淹水条件下，水稻土中含砷铁矿物中铁矿物的还原溶解、根表铁膜的生成、二次铁矿物的生成以及铁膜的脱落现象决定着土壤溶液中砷的相对浓度。
这与带正电荷氧化铁矿物，能够强烈吸附砷（Ⅴ）有关。
铁矿物的还原势必引起砷的释放还原；根表铁膜的生成将截留大部分的砷。
因此，铁的氧化还原循环过程将意味着砷的释放和被吸附。
2.1 土壤颗粒物铁对砷生物化学行为影响水淹厌氧条件下，水稻土壤溶液中砷（Ⅲ）浓度的提高是常见的，如Roberts等［32］发现土壤溶液中的砷浓度相比灌溉水的砷浓度要高。
部分原因可能是异化砷还原微生物将吸附在铁矿物上的砷（Ⅴ）还原为移动性和毒性强的砷（Ⅲ）有关［15］。
异化砷还原菌可在呼吸作用中利用砷酸盐作为末端电子受体［32］，如异化砷还原菌Bacterium Geobacter sp. OR-1将土壤沉积物中的砷以砷（Ⅲ）的形式还原释放出来［33］。
另一方面，普遍认为FeRB驱动氧化铁还原溶解是导致砷迁移的主要原因［30，33］。
Bennett等［17］研究得出，土壤溶液中铁（Ⅱ）和砷（Ⅲ）的浓度呈极显著相关性（rs= 0.896，P＜0.001），表明铁矿物的还原性溶解和砷的迁移具有紧密的关系，这与之前研究表明土壤颗粒物中砷的主要溶出方式是由于铁（Ⅲ）的还原引起吸附在铁氧化物上的砷（Ⅴ）释放还原一致［4，17］。
而Huang等［34］研究表明砷（Ⅴ）在溶液中的还原符合一级动力学并拥有3 h的半衰期，而添加吸附性铁矿物之后砷被还原的半衰期大幅度增高，这证明Shewanella putrefaciens strain CN-32对于砷的还原主要是集中在土壤溶液中而不是铁矿物表面。