南方地区土壤-水稻系统中锑的形态分布及迁移转化机制研究

Antimony is an element without any physiological function, which has the high toxicity and carcinogenicity. The excessive exploitation of antimony mines produces a large number of wasters and induces potential threat on the soil quality and agricultural safety production in southern China. However, the danger of antimony pollution is not paid enough attention. In this paper, paddy rice as the main grain crops was chosen as the target plant. The migration and transformation behavior of antimony in soil-paddy rice system of typical region was investigated. The distribution of antimony in the root, leaf and grain of paddy rice was measured in the tillering, heading and maturing stage respectively. Meanwhile, the transformation characteristics of antimony were verified through analyzing the antimony speciation using the method of HPLC-ICP-MS technology. In addition, the effect of soil redox potential, pH value, mineral composition and rhizosphere microenvironment of paddy rice on the migration and transformation were discussed. In combination with the competing experiment, the mechanism of migration and transformation of antimony from soil to paddy rice was explored from the physiological viewpoint. The results will be helpful to scientifically evaluate the quality and safety of agricultural products and rationally conduct the safety of agricultural production in typical areas.

锑是一种对植物没有任何生物学功能元素，它具有较强的毒性和致癌性。锑矿的大量开采对南方地区的土壤质量和农作物的安全生产造成了潜在危害，但其危害性尚未在国内引起足够重视。本研究以南方地区的主要农作物水稻作为研究对象，开展典型区域土壤-水稻系统中锑的迁移转化行为研究。从水稻分蘖期、长穗期和结实期分别研究锑在水稻根部、叶子和谷粒等部位及其亚细胞组织中的分布情况，并通过高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱（HPLC-ICP-MS）技术对锑的形态进行分析，确定锑在水稻中的转化规律。同时研究土壤氧化还原环境、酸碱环境、土壤矿物质组分、水稻根际微环境等因素对锑的水稻中的迁移转化的影响，并结合竞争性实验，从生理学角度探讨水稻对土壤中锑的迁移转化机理。研究结果将有助于科学地评估农产品质量安全风险并合理地指导典型区域农业安全生产。

锑对人类具有较强的毒性和致癌性。锑矿的大量开采对南方地区的土壤质量和农作物安全生产造成了潜在威胁，但其危害性尚未在国内引起足够的重视。本研究以南方地区两种主要水稻（杂交稻天优华占和常规稻五山丝苗）为研究对象，研究水稻分蘖、抽穗、结实三个时期在典型区域土壤-水稻系统中锑的富集迁移行为。通过研究得到以下几点重要结果：.（1）土壤中50 mg/kg的锑(Sb)添加浓度不会对水稻产生任何毒害作用，反而会对水稻的生长具有一定的促进作用。但当土壤中锑的浓度增加到200 mg/kg以上时，锑对水稻的毒性逐渐显现。表明土壤中200 mg/kg锑含量可能为水稻毒性损伤的临界点。.（2）Sb(III)与Sb(V)对两种水稻有效分蘖数、株高、单株鲜重存在“低促高抑”作用。两种水稻幼叶抗氧化酶活性与锑添加的形态和浓度有关。这可能是低浓度的锑在土壤中溶解量有限，对作物的毒害作用不明显。高浓度锑处理下，Sb(III)处理组对两种水稻的生长影响大于Sb(V)处理组，这可能是由于Sb(III)的毒性和流动性均大于Sb(V)，从而对水稻产生的毒害作用更强。.（3）Sb(III)与Sb(V)对两种水稻地上部与地下部锑含量的影响表现为水稻地下部锑含量＞地上部锑含量，Sb(III)处理水稻锑含量＞Sb(V)处理水稻锑含量，两种水稻锑含量均随着处理浓度的增加而增加。.（4）Sb(III)与Sb(V)对两种水稻分蘖期、抽穗期、结实期富集系数的影响较为一致。两种水稻各器官富集系数随锑浓度增加整体均呈下降趋势，其富集系数大小依次为根系＞茎＞叶＞穗，表明根系部位为水稻富集锑的主要组织部位，水稻向谷粒等地上部位迁移较少。水稻各部位各时期富集系数大小依次为结实期＞抽穗期＞分蘖期，表明水稻对锑的吸收与水稻的生长时间有关。.总而言之，两种水稻均不是富锑植物，但杂交稻天优华占的抗逆性强于常规稻五山丝苗。以上研究结果可为锑污染区水稻安全生产提供指导。