EST : 可溶性砷-硫化合物: 暗藏在水稻田的风险？学术资讯

来源：农环视界

“水满田畴稻叶齐，日光穿树晓烟低。（宋·徐玑）” 日光晓烟里，田畴水满下，也流溢着土壤学家对稻田砷环境风险的担忧。作为有毒类金属元素，砷在淹水后大量释放到水稻田孔隙水。孔隙水中砷的化学形态多种多样，除大家熟悉的无机砷酸/亚砷酸和甲基砷化合物，还包括它们的巯基化产物（即无机硫代砷酸盐和甲基硫代砷酸盐）。然而，我们对后者在稻田系统中的环境行为及其潜在的风险知之甚少。

继首次揭示巯基化(arsenic thiolation)为水稻田砷地球化学循环重要过程后，德国拜罗伊特大学Britta Planer-Friedrich教授团队近日报道了淹水-排水过程对硫代砷酸盐环境行为的影响，并初步锁定何种硫代砷酸盐可能存在风险。该成果以“Redox Dependence of Thioarsenate Occurrence in Paddy Soils and the Rice Rhizosphere”为题，发表在Environmental Science & Technology 上。

结合摇瓶土壤氧化还原和微宇宙淹水排水模拟（见下图），研究人员发现砷巯基化的比例及其形成硫代砷酸盐种类高度依赖于土壤氧化还原电位（Redox potential，EH）。水稻土在淹水还原后，随着EH下降，硫酸盐还原，无机硫代砷酸盐迅速形成，可高达无机砷含量的57% （EH=-130mV）。

然而，排水氧化导致无机硫代砷酸盐几乎完全脱巯基化（dethiolation）。当EH<0mV后，孔隙水中绝大部分甲基砷化合物都被巯基化；当EH<-100 mV后，其巯基化产物主要以甲基二硫代砷酸盐为主。在所有的硫代砷酸盐中，二甲基一硫代砷酸盐（dimethylated monothioarsenate）具有最强的氧化稳定性，也被随后的根系箱水稻种植试验锁定为水稻根系渗氧环境下最重要的硫代砷酸盐。

值得注意的是，二甲基一硫代砷酸盐的毒性远高于其前体二甲基砷酸盐，甚至“媲美”高致癌性的无机亚砷酸。二甲基一硫代砷酸盐可以被水稻吸收，其在地上部分的转运、谷粒的积累尚不明晰。该研究深化了学术界对关于氧化还原条件波动条件下砷地球化学行为的理解，并为全面评估砷在氧化还原界面的环境风险提供新视角。

拜罗伊特大学博士研究生汪家家为第一作者，Britta Planer-Friedrich教授为通讯作者。其他合作者来自意大利水稻研究中心和意大利都灵大学等研究机构。该研究受到留学基金委(201608080191)、德国巴伐利亚州(BayIntAn2016, BayCHINA2018)和德国联邦教育研究部(BMBF 031B0840)等项目资助。相关论文：Jiajia Wang, C. Kerl, Pengjie Hu, M. Martin, Tingting Mu, L. Brügenwirth, Guangmei Wu, D. Said-Pullicino, M. Romani, Longhua Wu and B. Planer-Friedrich (2020). "Thiolated arsenic species observed in rice paddy pore waters." Nature Geoscience, doi.org/10.1038/s41561-020-0533-1.

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.9b05639

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