一种硫添加对土壤水稻系统中砷迁移转化的影响机制的研发方法技术方案

本发明专利技术公开了一种硫添加对土壤水稻系统中砷迁移转化的影响机制的研发方法，该方法通过水稻品种选择、实验土壤准备、水稻种植、土壤中砷的连续提取及分析、植物样品中砷的分析、水稻根表铁膜测定和数据分析等步骤来研究不同形态的硫酸盐处理对水稻砷吸收积累、根际砷形态的影响，并分析它们之间的相关性及其中的机制。通过分析和评估硫酸盐对根际环境中砷的生物可利用性，为探寻降低水稻吸收积累砷的农艺技术措施、保障食品安全等提供理论依据。

A research and development method of the influence mechanism of sulfur addition on arsenic migration and transformation in soil rice system

【技术实现步骤摘要】
一种硫添加对土壤水稻系统中砷迁移转化的影响机制的研发方法
本专利技术涉及农业生产
，特别涉及一种一种硫添加对土壤水稻系统中砷迁移转化的影响机制的研发方法。
技术介绍
硫（S）是植物的生长发育过程中所必需的大量元素之一，并且，硫的氧化还原过程能直接或间接的影响土壤中重金属的生物有效性。在缺乏硫的情况下，水稻的生长发育会受到严重影响，其抗逆性显著降低。水稻对重金属的吸收积累很大程度上依赖于重金属在根际微环境中的形态及生物有效性。因此，调控硫在土壤中的含量和存在形态，对阻控水稻中重金属的过量积累有重要意义。已有一些研究表明，外源添加硫素，可以通过提高水稻体内的硫醇代谢和增强抗氧化系统以减少水稻对砷的吸收积累。但关于硫在稻田土壤中如何影响砷的存在形态从而影响水稻对砷的吸收积累的机制尚未完全清楚。在稻田土壤中，丰富的铁的存在使得砷、硫、铁三者间的生物化学循环更为复杂。硫的施用能增加水稻根表铁膜含量，并且，在还原性环境中，增加硫酸盐含量可减少三价铁、五价砷的异化还原。土壤和根际微生物在还原性土壤的硫形态转化和砷的根系吸收等方面起着重要作用。土壤中砷的存在状态受土壤酸碱度、氧化还原电位和铁锰氧化物等条件显著影响，而单质硫、石膏的施用必定会引起土壤pH、Eh等的改变，进而改变砷的氧化-还原、吸附-解吸、沉淀-溶解、甲基化-脱甲基以及生物富集等进程，同时影响铁锰胶膜含量，由此影响砷的活性及生物可利用性。目前关于施用不同形态硫素对水稻生长发育的影响已有大量研究，也有不少关于施用硫素对砷污染下土壤-水稻中砷的吸收、积累与分布影响的研究。但在探索不同形态硫素施用对土壤-水稻体系中砷分布与转移的影响方面还没有较为明确的结果。为此需要一种硫添加对土壤水稻系统中砷迁移转化的影响机制的研发方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种设计合理的硫添加对土壤水稻系统中砷迁移转化的影响机制的研发方法。本研究拟施用不同形态的硫素，模拟水稻砷污染实验，通过分析和评估不同形态的硫对根际环境中砷的生物可利用性，为探寻降低水稻吸收积累砷的农艺技术措施、保障食品安全提供理论依据。为达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：它的操作步骤如下：步骤1、水稻品种选择水稻种子选自特优524（以下简称TY524）。步骤2、实验土壤准备本试验供试土壤选自外源添加的As污染土。外源添加的As污染土：土壤采自河南省信阳市新县无污染水稻土（0-20cm），该土壤本底As浓度为（12.5土0.02）mg·kg-1。将采回的稻田土风干磨碎，在土壤中添加60mg·kg-1的As（以Na3AsO4的形式），采用喷雾法将Na3AsO4·12H2O溶液喷洒至土壤中，使得重金属溶液与土壤混合均匀。混合后的土壤按每千克土2g复合肥的标准添加底肥，充分混匀后平衡一个月备用。步骤3、水稻种植将所选的水稻种子晾晒两天，然后用30%的H2O2浸泡15分钟，用自来水冲洗三遍至完全干净，再放入培养皿加满水浸泡两天，然后将破胸露白的种子转移到事先准备好的无污染土中育苗30天。选取大小一致的幼苗移栽到根际袋（300目，高15cm×直径8cm）中，每袋两株幼苗。设置3组处理：a.移栽前加入120mg·kg-1Na2SO4；b.移栽前加入120mg·kg-1单质硫（S）；c.对照组。每组作4个重复，株距20cm，行距20cm，所有重复随机分布。常规管理水稻，如定期灌水、排水、施肥、除草、防虫害。12月末进入成熟期，将植物以自来水清洗干净并且按根、茎叶、籽粒等各部分分别收集。茎叶、籽粒样品于60℃烘箱烘干，经不锈钢粉碎机粉碎待测；根用滤纸吸干水分后保存于-20℃冷库中待测。根际袋中的土样被认为是根际土，统一采集表层3cm以下的土样，冻干后过20目筛，于-20℃冷库中保存待用。步骤4、土壤中砷的连续提取及分析取出根际土，过80目筛，从中称取0.4000g土壤样品入离心管。加入10mL0.05mol·L-1（NH4）2SO4，在室温下震荡4h。震荡结束后在8000rpm下离心10min，取上清，得F1非特异性吸附态砷溶液。剩下的沉淀用10mL超纯水润洗，再在室温下震荡10min，然后8000rpm下离心10min。倒上清。剩下的沉淀加入10mL0.05mol·L-1NH4H2PO4，在室温下震荡16h，震荡结束后8000rpm下离心10min。取上清，得F2特异性吸附态砷溶液。剩下的沉淀用10mL超纯水润洗，再在室温下震荡10min，然后8000rpm下离心10min。倒上清。剩下的沉淀加入10mL0.2mol·L-1草酸铵缓冲液（pH=3），在室温下震荡4h，然后8000rpm下离心10min。取上清，得F3非晶形或弱晶形铁铝水合氧化物结合态砷溶液。剩下的沉淀用10mL超纯水润洗，再在室温下震荡10min，然后8000rpm下离心10min。倒上清。剩下的沉淀加入10mL0.2mol·L-1草酸铵和0.1mol·L-1抗坏血酸混合溶液（pH=3），在96℃水浴下振荡30min，然后8000rpm下离心10min。取上清，得F4晶质铁铝水合氧化物结合态砷溶倒上清。剩下的沉淀于60℃烘箱烘干，转移到消化管中，加入5mL王水140℃消化9h，赶酸至消化管内剩0.5mL溶液，过滤，最后定容到25mL，得F5残渣态砷溶液。利用原子荧光光谱仪（AFS）测定各溶液中砷含量。步骤5、植物样品中砷的分析茎叶、籽粒、根消化体系为HNO3（优级纯），140℃消解9h，赶酸至消化管内剩0.5mL溶液，过滤，定容至15mL，4℃保存。利用原子荧光光谱仪（AFS）测定溶液中砷含量。步骤6、水稻根表铁膜测定将0.6g保险粉（连二亚硫酸钠）加入30mL含0.03mol·L-1的柠檬酸钠和0.125mol·L-1的碳酸氢钠的溶液中，制成DCB提取液。将水稻根用超纯水冲洗干净，浸入到30mLDCB提取液中，25℃下提取2h，过滤，定容到50mL，4℃保存。用电感耦合等离子发射光谱仪（ICP-OES）测定其中铁、锰含量。利用AFS测定溶液中砷含量。步骤7、数据分析利用SPSS22.0软件进行单因素方差分析（ANO-VA），处理样品以及对照中不同数值之间的显著性差异分析通过Leastsignificantdifference（LSD）检测法进行测定。所得数据均为3个平行的平均值±标准差。进一步的，所述步骤（2）中复合肥由如下成分组成：去离子水、氮磷钾的施入量分别为P2O5[Ca（H2PO4）2]0.5g·kg-1，N[CO（NH2）2]和K2O（KCl）各0.2g·kg-1。本专利技术的优点和积极效果是：1.本研究探讨了在不同硫素添加条件下水稻植株内不同部分对砷的吸收积累，以及根际土中砷的各种形态含量，试图了解硫对水稻砷积累的影响及机理，希望能够为解决如今大面积稻田砷污染问题提供数据支持，为以后的研究提供理论依据。2.根据测定结果可生产出有利于降低水稻砷吸收的新型化肥。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫添加对土壤水稻系统中砷迁移转化的影响机制的研发方法，其特征在于包括如下步骤：/n步骤1、水稻品种选择/n水稻种子选自特优524（以下简称TY524）；/n步骤2、实验土壤准备/n本试验供试土壤选自外源添加的As污染土；/n外源添加的As污染土：土壤采自河南省信阳市新县无污染水稻土（0-20cm），该土壤本底As浓度为（12.5土0.02）mg·kg -1；/n将采回的稻田土风干磨碎，在土壤中添加60 mg·kg -1 的As（以Na 3 AsO 4 的形式），采用喷雾法将Na 3 AsO 4·12H 2 O溶液喷洒至土壤中，使得重金属溶液与土壤混合均匀；/n混合后的土壤按每千克土2 g复合肥的标准添加底肥，充分混匀后平衡一个月备用；/n步骤3、水稻种植/n将所选的水稻种子晾晒两天，然后用30 %的H

【技术特征摘要】
1.一种硫添加对土壤水稻系统中砷迁移转化的影响机制的研发方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、水稻品种选择
水稻种子选自特优524（以下简称TY524）；
步骤2、实验土壤准备
本试验供试土壤选自外源添加的As污染土；
外源添加的As污染土：土壤采自河南省信阳市新县无污染水稻土（0-20cm），该土壤本底As浓度为（12.5土0.02）mg·kg-1；
将采回的稻田土风干磨碎，在土壤中添加60mg·kg-1的As（以Na3AsO4的形式），采用喷雾法将Na3AsO4·12H2O溶液喷洒至土壤中，使得重金属溶液与土壤混合均匀；
混合后的土壤按每千克土2g复合肥的标准添加底肥，充分混匀后平衡一个月备用；
步骤3、水稻种植
将所选的水稻种子晾晒两天，然后用30%的H2O2浸泡15分钟，用自来水冲洗三遍至完全干净，再放入培养皿加满水浸泡两天，然后将破胸露白的种子转移到事先准备好的无污染土中育苗30天；
选取大小一致的幼苗移栽到根际袋（300
目，高15cm×直径8cm）中，每袋两株幼苗；
设置3组处理：a.移栽前加入120mg·kg-1Na2SO4；b.移栽前加入120mg·kg-1单质硫（S）；c.对照组；
每组作4个重复，株距20cm，行距20cm，所有重复随机分布；
常规管理水稻，如定期灌水、排水、施肥、除草、防虫害；
12月末进入成熟期，将植物以自来水清洗干净并且按根、茎叶、籽粒等各部分分别收集；
茎叶、籽粒样品于60℃烘箱烘干，经不锈钢粉碎机粉碎待测；根用滤纸吸干水分后保存于-20℃冷库中待测；
根际袋中的土样被认为是根际土，统一采集表层3cm以下的土样，冻干后过20目筛，于-20℃冷库中保存待用；
步骤4、土壤中砷的连续提取及分析
取出根际土，过80目筛，从中称取0.4000g土壤样品入离心管；
加入10mL0.05mol·L-1（NH4）2SO4，在室温下震荡4h；
震荡结束后在8000rpm下离心10min，取上清，得F1非特异性吸附态砷溶液；
剩下的沉淀用10mL超纯水润洗，再在室温下震荡10min，然后8000rpm下离心10min；
倒上清；
剩下的沉淀加入10mL0.05mol·L-1NH4H2PO4，在室温下震荡16h，震荡结束后8000rpm下离心10min；
取上清，得F2特异性...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈力嘉，许丽媛，赖冠宇，
申请(专利权)人：陈力嘉，
类型：发明
国别省市：广东;44