李 宁，姣哈尔·红卫，窦永乐，陈婷婷，苏玉红

（新疆大学化工学院，乌鲁木齐830046）

砷(As)是一种致癌的类重金属元素[1]，对人体健康危害极大[2，3]。近几十年，随着农业用水的短缺及污染现象不断加剧，农田污灌问题愈发严重[4，5]，灌溉用水的As污染及其给农业生产带来的一系列问题受到广泛关注[6]。据报道，孟加拉国、印度、巴基斯坦等国部分地区灌溉水中As 浓度可达4.0 mg/L，孟加拉国也因此爆发过严重的集体性As中毒事件[7]；我国部分地区灌溉用水的As 污染水平也可达1.0 mg/L 以上，远超过0.1 mg/L 的农田灌溉用水As 浓度限值[8]。使用含As 水灌溉会导致As进入土壤中并被植物吸收富集[9]，进而通过食物链传递作用危害人体健康[10]。As在水、土壤和植物中主要以无机As(下文称总As)形式存在，包括三价As(As(Ⅲ))和五价As(As(V))[11，12]，As 的赋存形态会显著影响植物对As 的吸收效率[13]，且As(Ⅲ)的生理毒性远大于As(V)[14]。

与此同时，农业用水的短缺也使滴灌技术被广泛应用[15，16]。滴灌是一项节水型灌溉技术，可使水和营养物质直接作用于农作物根部，提高水和化肥的利用效率[17]。同理，当水源存在As污染时，滴灌可能会增大植物的As污染效应，但相关内容鲜见报道。因此，本研究以常见蔬菜小白菜为研究对象，采用室内盆栽土培实验的方法，通过改变含As 水灌溉方式和滴灌液中As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例，初步探究了含As 水滴灌对小白菜体内As 总量累积及赋存形态的影响。以期为正确评估含As污水滴灌对小白菜As污染情况的影响提供一定依据。

1 材料与方法

1.1 试剂与材料

本次试验种植的小白菜购买于乌鲁木齐市南公园种子花卉市场，土壤采自新疆奎屯垦区耕地，配制含As 灌溉液所用水为去离子水，As测定过程中所用水为高纯水。

所用试剂(均为优级纯)：抗坏血酸，硫脲，浓硝酸，浓盐酸，亚砷酸钠(NaAsO2，天津市永晟精细化工有限公司)，砷酸钠(NaAsO3)，As标准溶液。

主要仪器：AFS-PF3 单通道原子荧光光谱仪、LWY-PF3控温式远红外消煮炉、FDY2002-SUV超纯水仪。

1.2 盆栽实验

采用长60 cm、宽15 cm、高10 cm 的花盆作为盆栽容器，盆内装土8 kg。使用NaAsO2和NaAsO3配制含As 水作为灌溉液，通过调配NaAsO2和NaAsO3的用量改变灌溉液中的As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例。

灌溉方式：根据本课题组前期对奎屯地区灌溉用水的实测结果，将灌溉液中的As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例固定为0.8[18]，灌溉液中总As 含量设置为1、2、4 mg/L 3 个浓度梯度。每盆盆栽种植3 棵小白菜作为平行样品，共计6 个处理。分别采用滴灌和漫灌的方式，每株小白菜每天早、晚各灌溉一次，灌溉量均为50 mL，滴灌速率约为5 mL/min。

滴灌液中As(Ⅲ)/As(V)比例：固定总As 浓度为2 mg/L，将滴灌液中As(Ⅲ)/As(V)比例分别设置为R=0、0.3、0.5、0.8、1.0 五种，对盆栽小白菜进行滴灌试验。每盆盆栽种植3 棵小白菜作为平行样品，共计5个处理。每株小白菜每天早、晚各滴灌一次，灌溉量均为50 mL，滴灌速率约为5 mL/min。

1.3 样品的采集与前处理

小白菜的采集：将生长60 d 后的小白菜收获，先用自来水洗净小白菜表面泥土，再分别用去离子水和高纯水各清洗2～3次，去除植物表面的As。

总As 测定的样品前处理：一部分小白菜样品先置于烘箱中105 ℃杀青20 min，再在70 ℃下烘干12 h，称量恒重后粉碎，过60 目尼龙筛，制成干样；准确称取0.2 g 干样置于消解管中，加入3 mL 浓硝酸放置过夜；将消解管置于60 ℃红外控温消煮炉上加热，待红棕色烟较少后提高温度至140 ℃，保持消解管中的反应液沸腾，样品消解完全后用滤纸过滤，分数次转移至50 mL容量瓶，定容。

As(Ⅲ)测定的样品前处理：将另一部分小白菜样品切碎，用万分之一天平准确称取0.5 g 鲜样用玛瑙研钵进行研磨，在此过程中分批加入PBS 缓冲溶液，研磨完成后依次进行超声、离心、过滤；滤液加入1 mL 浓硫酸，摇晃均匀至绿色褪去，出现悬浮物，再离心，过滤，分数次转移至50 mL 容量瓶，定容。

1.4 检测方法

根据国标《GB/5750.5-2006》进行无机As(Ⅲ)和无机总As的测定；小白菜体内无机As(Ⅴ)的含量等于无机总As 含量减去无机As(Ⅲ)含量[19]。

1.5 数据处理

采用Excel 2010 软件进行数据的整理和作图，采用SPSS 21.0进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 灌溉方式的影响

2.1.1 总As积累量

灌溉方式对小白菜体内总As累积量的影响如图1和图2所示。滴灌处理的小白菜根部和地上部中总As 含量均大于漫灌处理。当灌溉水中总As浓度分别为1、2和3 mg/L（C1，C2和C3)时，滴灌处理的小白菜根部总砷含量分别比漫灌处理的相应值增大了53.37%、72.32%和32.03%；滴灌处理的小白菜地上部总砷含量分别比漫灌处理的相应值增大了6.50%、9.32%和4.81%，根部的增长更明显。结果表明，在同等As 污灌水平下，滴灌方式促进了小白菜对总As的吸收累积。研究表明，相比于漫灌，滴灌能让水和水中的无机盐更集中的作用于农作物根部土壤[20]，因此滴灌也可能导致小白菜根部对As 的吸收累积量增大，同时根部向地上部的As 传输量也增大；As 从植物根部向地上部的转移受自身转运能力的影响[21]，小白菜品种相同，不同灌溉方式下小白菜根部向地上部的As 转移量依然接近，而根部吸收土壤中的As 受到滴灌的促进作用，因此两种灌溉方式下根部总As含量的差异性大于地上部。

2.1.2 As赋存形态

灌溉方式对小白菜体内As存在价态的影响如图3和图4所示。滴灌和漫灌处理条件下小白菜体内As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的比例大于灌溉液中As(Ⅲ)/As(Ⅴ)初始值0.8，且滴灌处理的小白菜根部和地上部As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的比例大于漫灌处理。当灌溉水中总As 浓度分别为1、2 和3 mg/L（C1，C2 和C3)时，滴灌处理的小白菜根部As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例分别比漫灌处理的相应值增大了36.77%、52.26%和52.01%；滴灌处理的小白菜地上部As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例含量分别比漫灌处理的相应值增大了16.92%、40.98%、47.08%，根部的增长更明显。结果表明，同等As 污灌水平下，滴灌方式促进了As(Ⅲ)在小白菜体内的赋存比例。有研究表明[22]，灌溉时植物根际土壤中会形成还原环境，使As(Ⅴ)被还原为As(Ⅲ)，从而导致小白菜对As(Ⅲ)的吸收增多，使得滴灌和漫灌方式下小白菜体内As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例均大于灌溉液初始值0.8；与漫灌相比，滴灌时灌溉液与氧气接触的时间变短，从而可能会进一步增强根际土壤中As(Ⅴ)的还原程度，导致小白菜对As(Ⅲ)的吸收累积比例进一步提高。根部对土壤中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸收受到了滴灌的还原促进作用，而不同形态的As 从根部向地上部转移主要取决于小白菜自身的转运能力，因此两种灌溉方式下根部As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例的差异性大于地上部。

2.2 滴灌液中As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例的影响

滴灌液中As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例对小白菜根部总As 累积量的影响如表1所示。由表1可知，小白菜根部和地上部总As含量随滴灌液中As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例的增大而显著增大[地上部(显著性水平)p＜0.004，地下部p＜0.002]，与实际采样比R=0.8 相比，R=0、R=0.3、R=0.5 时根部总As 含量分别减少了39.34%、32.07%和19.98%，R=1.0 时增加了5.79%；R=0、R=0.3、R=0.5 时地上部总As 含量分别减少了16.67%、12.73%和9.61%，R=1.0 时增加了6.93%。这表明滴灌液中As(Ⅲ)比例的增加显著促进了小白菜对总As的吸收累积。

表1 滴灌液中As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例对小白菜总As积累量的影响Tab.1 Effect of As(Ⅲ)/As(Ⅴ)values in drip irrigation solution on As(Ⅲ)/As(Ⅴ)values in pakchoi

滴灌液中As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例对小白菜体内As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例的影响如表2 所示。由表2 可知，随滴灌液中As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例的增大，小白菜根部和地上部As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例显著增大(地上部p＜0.001，地下部p＜0.006)，与实际采样比R=0.8 相比，R=0、R=0.3、R=0.5 时 根 部As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比 例 分 别 减 少 了59.50%、44.91%和21.86%，R=1.0 时增加了16.15%；R=0、R=0.3、R=0.5 时地上部As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例分别减少了47.44%、27.17%和7.84%，R=1.0时增加了34.82%。这说明滴灌液中As(Ⅲ)比例的增加显著的增大了小白菜体内As(Ⅲ)的赋存比例。

有研究表明，As(Ⅲ)比As(Ⅴ)更容易被植物吸收[21]，本实验中当滴灌液中As(Ⅲ)比例越高，小白菜体内As(Ⅲ)的赋存比例和总As 的积累量也越高，与此研究结果一致。小白菜体内As(Ⅲ)的赋存比例和总As 累积量的增大会增加其生理毒性，因此对于As污灌区域而言，灌溉水中As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的比例应当得到更多关注，并据此采取一定的治理措施，比如滴灌之前将灌溉水暴露于空气中进行氧化，以达到降低灌溉水中As(Ⅲ)含量的目的。

3 结 语

(1)与漫灌相比，滴灌方式促进了小白菜对总As 的吸收累积，并增大了As(Ⅲ)在小白菜体内的赋存比例，从而增大了As污灌的环境污染风险。

(2)滴灌液中As(Ⅲ)/As(Ⅴ)比例显著影响小白菜体内As 的总量积累及赋存形态，滴灌液中As(Ⅲ)/As(V)比例越高，小白菜对总As 的积累能力越强，As(Ⅲ)在小白菜体内的赋存比例越大。