溫室中水稻對(duì)砷、鉻、鉛的吸收和轉(zhuǎn)移

1、生長(zhǎng)在溫室的水稻對(duì)碑，鎘，和鉛的污染和 吸收目的 湖南省因其基本金屬開采和冶煉業(yè)而聞名。但是，開挖作業(yè)，運(yùn)輸，和湖南省內(nèi)的選擇性冶煉活動(dòng)的遺產(chǎn)，導(dǎo)致了大量的礦山廢棄物的產(chǎn)生，這將成為 在環(huán)境中重金屬污染的來源。于是，基本耕地污染和轉(zhuǎn)移神，鎘，和鉛在水稻土 -水稻系統(tǒng)的研究就成為了越來越重要的健康問題。材料和方法溫室條件下，在湖南省水稻土受到開采和冶煉影響的地區(qū)的水 稻種子(水稻CV佳華-1)收集用于盆栽試驗(yàn)。將一個(gè)30天的幼苗移植到一個(gè) 裝有5公斤預(yù)處理的土壤中。在收獲時(shí)，米粒和枝條用蒸餾水清洗去除表面的土 壤，并在65烘干96小時(shí)直至達(dá)到恒定重量。根仔細(xì)用蒸餾水洗滌，為下道工 序使用連二亞硫

2、酸鈉，檸檬酸，碳酸氫鈉溶液中提取鐵斑塊做準(zhǔn)備。用電感耦合 等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定神，鎘，鉛在土壤和水稻植株組織中的總濃度。結(jié)果與討論 收集于湖南省12個(gè)采礦和冶煉影響的地區(qū)的土壤中的神，鎘和鉛的總濃度比湖南背景值高得多，超過由環(huán)境保護(hù)部設(shè)置的土壤的最高濃度限 制。水稻在鉛/鋅采礦和冶煉基地中的產(chǎn)量的總體污染分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)。其次，神， 鎘和鉛在水稻植株中的分布：根射擊稻殼全谷物。約30.1-88.1%的神， 11.2-43.5%的鎘，和14.0 - 33.9%鉛在牙根表面以鐵的斑塊的形式積累。結(jié)論湖南省采礦和冶煉的影響的地區(qū)觀察到高濃度神，鎘和鉛在其稻田土壤中，表明這些稻田土壤遭受嚴(yán)重復(fù)合重金屬污染。

3、特別是，銘是主要污染物， 其次是神和鉛在水稻土中占大多數(shù)。神，鎘和鉛在水稻組織中的分布分別為：根 射擊稻殼全谷物。鉛濃度在全谷物中都有，銘和神占全谷物樣品的50%，超 過了中國(guó)的食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)值。關(guān)鍵詞 分布多金屬污染總污染指數(shù)水稻土水稻植株轉(zhuǎn)移1介紹在中國(guó)中南部的湖南省以其廣泛的基本金屬的提取和近7000名不同的礦產(chǎn) 而聞名，其中包括煤炭，有色金屬，非金屬，黑色金屬，貴金屬礦產(chǎn)，有“有 色金屬之鄉(xiāng)”之稱(HNPG 2008 )。2007年，在湖南有色金屬礦業(yè)的收入超過11 億美元(HNPG 2008)。然而,遺產(chǎn)挖掘作業(yè)、運(yùn)輸，選擇性冶煉活動(dòng)在湖南已導(dǎo)致 產(chǎn)生大量的尾礦、灰塵和廢水、土壤污染普

4、遍的原因(杜德卡和阿德里亞諾1997; 納瓦羅吳昱。2008),尤其是、神、銘(Cd)，和鉛，這是常見的污染物(納瓦羅吳昱。 2006;威廉斯2009)。劉等人(2005)報(bào)道，在污染的土壤的銘和鉛從陳 周礦區(qū) 域鉛/鋅分別為 192.49-709.29， 2.70-7.57 和 321.11 - 1,088.30 mg/kg。雖 然(2005年)發(fā)現(xiàn)，隨著工業(yè)的影響土壤中陳舟范圍的濃度從11.0-1217mg/kg。 王和阿恩(2003)表明，株州工業(yè)區(qū)，鎘，鉛在表土的總含量分別為14.10 - 60.12, 25.6，536.1和0.25 - 14.60毫克每公斤。由于工業(yè)的快速增長(zhǎng)，超過

5、10萬 公頃耕地在中國(guó)已經(jīng)受到重金屬的污染一樣，神，銘和鉛的這一數(shù)字逐年增加 （/english/2006-07/18/content_339294htm）。那些重金屬污染土壤可以轉(zhuǎn)移，積累了在農(nóng)作物里，尤其是大米，然后通過 食物鏈對(duì)人類和動(dòng)物產(chǎn)生一個(gè)潛在的危險(xiǎn)。每年約1200萬噸的農(nóng)作物都發(fā)現(xiàn)含 有重金屬殘留，造成中國(guó)的直接經(jīng)濟(jì)損失超過25億美元（李-2006）。水稻（水 稻）是主要的主食，中國(guó)在南部省份的農(nóng)村地區(qū)的人口每日攝入量通常超過400 克（2005）。在所有的水稻生產(chǎn)省，湖南是中國(guó)重要的水稻高產(chǎn)地區(qū)，每年約產(chǎn) 18萬噸稻谷，占全國(guó)總量的13%（中國(guó)STAT 2006）。在糧食里水稻

6、可以積累高 濃度神（威廉姆斯等人。2005），其水平高于常見的其他谷物（威廉姆斯等人。 2007）。銘轉(zhuǎn)移到水稻胚乳的組成部分是直接食用是有問題的，射/拋光白米的銘 大于普通作物近五倍直40倍，比鉛更高的傳熱系數(shù)（Williams等，2009年）。 雖然植物吸收鉛通常較低，在鉛污染的地區(qū)鉛濃度在水稻植株中已被證明升高了 很多（陳等人。2008；劉等人。2003；魯尼等人。1999；威廉姆斯等人。2009）。因此，神，鎘，鉛在水稻土水稻-系統(tǒng)地污染和轉(zhuǎn)移的基本研究，成為了日 益重要的健康問題。對(duì)于土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)估,每個(gè)金屬污染指數(shù)的定義是一定比 例的金屬濃度的金屬土樣具體強(qiáng)制性的最大允許的水平。

7、同時(shí)，這是土壤中重金 屬污染與污染源的混合物，而不是一種金屬污染物。在本研究中，整體污染評(píng)分 （OPS）起源于污染指數(shù)（。春等1998;李2003），這是單一污染指數(shù)的總和，稻 田土壤污染的程度影響了湖南省內(nèi)的區(qū)域的神，鎘，鉛，評(píng)估多金屬開采和冶煉。 此外，評(píng)估稻田土壤是否適合種植水稻，籽粒產(chǎn)量，神，鉛，鎘的吸收，轉(zhuǎn)移和 分布，就一個(gè)單一的水稻品種在溫室條件下進(jìn)行了研究。2材料和方法2.1水稻土和花盆的準(zhǔn)備根據(jù)我們以往的調(diào)查（威廉姆斯等人。2009；朱等人。2008），在湖南省地 區(qū)收集了受采礦和冶煉影響的水稻土（0-20厘米）（圖1）?？刂茮]有開采和冶 煉作業(yè)的區(qū)域稻田土壤的收集。收集后，土

8、壤樣品被保存在聚乙烯袋，運(yùn)送到實(shí) 驗(yàn)室和風(fēng)干。通過2毫米篩將土壤和固體肥料混合，（0.36 g kg-1 soilof CaH2PO4 2H2O, 0.43 g kg-1 soil of CO（NH2） 2,和 0.41 g kg-1 soil of KCl）在盆 栽試驗(yàn)開始，以確保充足的營(yíng)養(yǎng)對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)。水面覆蓋花盆大約3-4厘米， 這樣保持7天，然后將幼苗移植，盆栽試驗(yàn)（包括控制）的設(shè)計(jì)是四次重復(fù)。圖1土壤樣品湖南省不同的礦山和冶煉廠的地區(qū)Chsangdc ShiYuriiK YIY)ChangshaIqjiiK Shpi .isELnc修J)1 ieiigyaiiy Slii1City

9、h 3 Zhu Chsangdc ShiYuriiK YIY)ChangshaIqjiiK Shpi .isELnc修J)1 ieiigyaiiy Slii1Cityh 3 Zhu yurm(SZY) /Vlinin typePb-ZnDull K J 911.1小咔m.TT：做璐I SintlhiigVi 7hHn.gMuF73IISbOver pollution score100200 i krr來自浙江省的水稻種子，佳華-1 （雜交粳稻），表面用30%H2O2消毒（W/ W） 15分鐘,，再用去離子水徹底清洗。種子在恒溫孵化器2天便發(fā)芽了。然后 他們被轉(zhuǎn)移到一個(gè)裝有濕潤(rùn)珍珠巖的塑料壺里（

10、大小為1.5升），并控制每天14 h的光照期（260-350 Em-2的S- 1）,溫度（28 Cday和20。彗星晚上） 和相對(duì)濕度（60-70%）的條件下在生長(zhǎng)室成長(zhǎng)30天，在種子萌發(fā)期，一周提供兩次50毫升改性營(yíng)養(yǎng)液（休伊特 1966；劉等人。2004年）。30天之后，選定生長(zhǎng)狀況一樣的幼苗并移植到5公斤含聚氯乙烯的預(yù)處理 肥水稻土盆摘中（一廠每罐）。水稻生長(zhǎng)的影響持續(xù)了 4個(gè)月（從5到2007年九 月）。植物用無重金屬和肥料的蒸餾水（18。米，微孔）澆水，每周1 - 2次， 壺是隨機(jī)或每周輪流選取的。2.3個(gè)樣品的采集與保存收獲時(shí)，米粒從植物中分離出來，切成在土壤4厘米以上的枝條切下來

11、，根 從水稻土中抽出來。每盆水稻樣品（包括稻谷，枝條和根）標(biāo)簽，儲(chǔ)存在聚乙烯 塑料袋中，4小時(shí)內(nèi)運(yùn)到實(shí)驗(yàn)室采樣加工。米粒和芽用蒸餾水洗滌去除表面的土 壤，并在65條件下烘干96小時(shí)，直到達(dá)到恒定重量為止。將水稻谷粒分為皮 和全谷物，分析加工并儲(chǔ)存在聚乙烯袋里。除去根表面的土壤并保護(hù)被破壞的鐵 菌斑，根用蒸餾水仔細(xì)清洗，提取菌斑塊為下一道工序做準(zhǔn)備。2.4氯苯萃取鐵菌斑使用連二亞硫酸鈉-檸檬酸-碳酸氫鈉（生技中心）根據(jù)泰勒和克勞德 （1983）和奧特等人的方法提取鮮根表面的鐵菌斑（1991）。整個(gè)根幼苗在室溫 （20 - 25 C），和內(nèi)含有鈉0.03米（Na3C6H5O72 H2O）和0.12

12、5米碳酸氫鈉 （NaHCO3）, 0.6 g連二亞硫酸鈉（Na2S2O4）的40毫升溶液里培養(yǎng)60分鐘。沖洗 三次后根與去離子水一起添加到氯苯提取物中。得到的提取液含100毫升去離子 水。用氯苯萃取后，根在65烘干72小時(shí)，稱重?？偨饘贊舛仍诼缺街械挠?jì)算 方法（Tmetals），以百分比表示，計(jì)算如下：。頃）=x 。頃）=x I ()0%CffMiu玄 (-DCBestractnictaEs + root-metab+ shoot-nictats +grainmetalsCDCB 提取金屬，Croot 金屬，Cshoot 作物，Cgrain 金屬（mg kg 1 十重），神，鎘和鉛分別在根，枝

13、條，和全谷物（包括果殼和Pb和全麥）的氯苯 提取物中的濃度。2.5化學(xué)分析一百克的稻田土壤樣本，經(jīng)過一個(gè)被0.149毫米篩使其質(zhì)地均勻，儲(chǔ)存在 500毫升的聚丙烯瓶中做主要性能分析。PH值的測(cè)定采用雙蒸餾水（土液比1 : 2.5）復(fù)合電極和陽離子交換容量（CEC）是通過使用無緩沖0.1中號(hào)氯化鋇確定 的（亨德肖特，杜奎特1986）。神，鎘和鉛的總濃度在土壤研究和認(rèn)證的參考材 料（CRM，土壤，為在中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心GBW07405） HNO3/HCl/HClO4 的消化（1998年美國(guó)環(huán)保局方法3051A，）。得到初始土壤的理化性質(zhì)，給出了金 屬濃度和表1。干的水稻材料（0.20-0.3

14、0克）分別稱重，用干凈的消解管，浸在5毫升的 濃硝酸一夜。第二天，將消化管放在一個(gè)加熱塊上，并在80 C加熱1小時(shí)， 然后在120-130 C加熱20小時(shí)，直到提取液蒸發(fā)（Liu等2004年b）。一個(gè) 試劑為空白及CRM（布什葉子,GBW 07603中國(guó)從國(guó)家科研中心標(biāo)準(zhǔn)的材料）包括驗(yàn) 證方法的準(zhǔn)確度，精度的消化過程和隨后的分析。冷卻后，消化管被轉(zhuǎn)移到25 毫升燒瓶，用去離子水稀釋,分散在聚乙烯瓶中。用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀分別測(cè)定大米土壤和植物組織中神、鎘、鉛的總 濃度（7500 a,安捷倫技術(shù)、美國(guó)），整個(gè)污染得分2.6神、鎘、鉛在土壤和大米中。在我們的研究中,OPS的神、鎘、和鉛被用來評(píng)

15、價(jià)多金屬污染的程度和計(jì)算 水稻土使用下面的公式：OPS = 玨（3）其中Pi神，鎘和鉛的污染指數(shù);Ci（mg kg-1）是神，鎘和鉛樣品的 測(cè)量濃度；Si（mg kg-1）土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上神，鎘，鉛的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) “（GB15618 - 1995，II級(jí)）（環(huán)境保護(hù)部1995年）。P3的結(jié)果意味著樣品是 沒有問題的，3 P 6意味著輕微多污染，6 P 30 意味著該樣本是非常嚴(yán)重的污染。同樣的方法也被用來衡量在水稻中的多元素污染的嚴(yán)重性。只有對(duì)全谷類進(jìn) 行分析的結(jié)論（CSFA2005）威廉姆斯等人湖南水稻對(duì)精米轉(zhuǎn)化為自己的全谷物等 值的基礎(chǔ)上確定轉(zhuǎn)換因素（2009），朱等人（2008）。一

16、個(gè)或以下價(jià)值觀構(gòu)成了一 個(gè)低風(fēng)險(xiǎn)超過特定的元素，而上述三個(gè)MCLs值表明要么單數(shù)或多的污染物的高 風(fēng)險(xiǎn)的污染。2.7質(zhì)量控制和統(tǒng)計(jì)分析所有使用過的玻璃和塑料制品使用硝酸（10%）浸泡過夜，再用去離子水徹 底沖洗。CRM的回收率是令人滿意的范圍如下：神（95-102%），銘（90-101%）， 鉛（95-105%），土壤中的神（93-96%），鎘（87 - 96%），鉛（97-103%）。 使用統(tǒng)計(jì)軟件包MINITAB14 （MINITAB 2003年）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。稻米中神， 鎘，鉛的濃度，土壤中的神，鉛，鎘，CEC，pH值，有機(jī)碳之間的相關(guān)性也用 MINITAB14分別計(jì)算。計(jì)算單因素

17、方差分析與顯著性水平和P 0.05的統(tǒng)計(jì)學(xué)意 義。3結(jié)果3.1水稻土中的神，鎘，鉛3.2重金屬毒性對(duì)糧食產(chǎn)量的影響受采礦影響的土壤和控制土壤中生長(zhǎng)的植物之間的谷物產(chǎn)量的差異被稱為 金屬毒性。不同土壤之間水稻的毒性程度顯著不同，產(chǎn)量從4.7克十重（DW） plot-1生長(zhǎng)在HY - 1 土壤到25.4 GDWCN的土壤。水稻的產(chǎn)量，籽粒的生長(zhǎng)在 鉛/鋅采礦和冶煉地區(qū)土壤的影響（P 0.05）的方程：稻谷產(chǎn)量二-0.15 * OPS + 23.1，R2 = 0.72 （未顯示），其對(duì)錳礦（XT）也同樣適合。然而，從黃金（YIY）， 雄黃（SM）和銻（LSJ）受采礦影響地區(qū)的土壤不適合相同的趨勢(shì)，導(dǎo)

18、致神，鎘， 鉛土壤污染指數(shù)不佳，說明在這些地區(qū)的毒性。OPS在（p=0.460.05）之間水 稻產(chǎn)量和受開采和冶煉影響的土壤沒有顯著的相關(guān)性，用下面的公式解釋：稻谷 產(chǎn)量=-0.14 8OPS + 21.2, R2=0.56 （圖 2）.0IIIiiii0204060 BO 1W 120Cum mutative Soil contamination Score圖2雙標(biāo)圖的累積神，鎘和鉛在礦山和冶煉廠的整體污染分?jǐn)?shù)和對(duì)土壤稻谷產(chǎn)量的影響。- 3.3所有糧食中的神，銘，鉛表2總結(jié)了神，銘和鉛在研究土壤樣本在整個(gè)糧食種植平均數(shù)濃度。顯著 差異（P0.05），由于神，鎘，鉛并在13個(gè)水稻土生長(zhǎng)的全谷物

19、鉛進(jìn)行了觀察， 從 0.17 至 0.53mg/kg 十物質(zhì)從 0.22 到 0.81mg/kg 十物質(zhì)，從 0.01 至 1.91mg/kg T物質(zhì)，平均分別為0.37, 0.30，0.39mg/kg干物質(zhì)。鎘的最高水平，發(fā)現(xiàn)在 ZZ的水稻土種植的平均值為1.91mg/kg，恒陽1的全谷物為0.92mg/kg。全谷物鑒于為CN，DX，SM和DJT全谷物樣品中神，鎘，鉛的含量要低 得多，分別為0.05, 0.02, 0.04和0.01mg/kg干物質(zhì)。CN，DX，SM整個(gè)糧食樣品生長(zhǎng)在稻田土壤中，其有一個(gè)最低的OPS的價(jià)值， 即全谷物中沒有明顯的多金屬污染。全谷物生長(zhǎng)在稻田土壤樣品中，如YZ，

20、SZY， 鉛/鋅和HY - 1，ZZ的冶煉，XT錳礦區(qū)的OPS值超過三個(gè)，即高風(fēng)險(xiǎn)復(fù)雜的污 染。特別是全谷物最高的OPS，發(fā)現(xiàn)在ZZ的冶煉影響的十個(gè)得分最高的鎘丕中 （未顯示）神，鎘和鉛的土壤之中的OPS，表明對(duì)人類健康的風(fēng)險(xiǎn)最高。然而OPS 在所有的全谷物中鉛/鋅的YY，HY - 2, DJT冶煉，YIY金礦，和LSJ銻礦是受 采礦影響的兩倍，表明是輕度污染。3.4多元線性回歸模型分析作為內(nèi)容的全谷物可以很好的解釋（P 0.05）土壤有機(jī)碳含量，而土壤鎘 和CEC預(yù)測(cè)糧食鎘濃度均有顯著性因素（P0.05）。主要土壤理化性質(zhì)差，很難 估計(jì)在糧食中的鉛含量。以下多元回歸方程：As in rice grain = 12.2 - 0.00569 x soil