宋子杰，趙 龍，黨秀麗，侯 紅，蔡世鑫，王京原

1. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

2. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，土肥高效利用國(guó)家工程研究中心，遼寧 沈陽 110866

作為類金屬元素，銻(Sb)在阻燃、鉛合金、對(duì)苯二甲酸二甲酯生產(chǎn)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1-2]. 未受污染的天然土壤中，Sb 以相對(duì)較低的濃度(0.3～8.6 mg/kg)存在[3]. 然而，隨著采礦冶煉作業(yè)、化石燃料燃燒、含Sb 產(chǎn)品生產(chǎn)應(yīng)用等一系列人類活動(dòng)的開展，土壤環(huán)境中的Sb 濃度急劇上升[4]. Sb 不具備生物學(xué)功能且對(duì)生物體具有毒害作用，被美國(guó)環(huán)境保護(hù)局視為優(yōu)先污染物[5-6]. 中國(guó)作為世界Sb 儲(chǔ)量最大的國(guó)家(占全球78%的Sb 產(chǎn)能)[7]，土壤Sb 污染形勢(shì)尤為嚴(yán)峻. 莫昌琍等[8]在湖南省錫礦山冶煉廠周邊調(diào)查發(fā)現(xiàn)，土壤中Sb 平均含量高達(dá)6 070.08 mg/kg.

土壤Sb 污染引起了國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注，并陸續(xù)開展了一系列Sb 的生態(tài)毒性研究. 林祥龍等[9]研究土壤外源Sb(Ⅲ)對(duì)白符跳的毒性，結(jié)果顯示，經(jīng)過7 d 老化的北京潮土中外源Sb(Ⅲ)對(duì)白符跳慢性致死毒性的LC50(50%致死濃度)值和慢性繁殖毒性的EC50(50%效應(yīng)濃度)值分別為703 和307 mg/kg. Lin等[10]研究表明，經(jīng)Sb(Ⅲ)處理后老化1 d 的黑龍江黑土和重慶紫土對(duì)大麥根伸長(zhǎng)毒性的EC50值分別為5 561 和5 958 mg/kg. 多數(shù)Sb 毒性研究沒有考慮長(zhǎng)時(shí)間老化對(duì)土壤中外源Sb(Ⅲ)毒性的影響. 林蕾等[11]研究發(fā)現(xiàn)，隨著老化時(shí)間的推移，Zn 對(duì)小白菜的生長(zhǎng)毒性和有效態(tài)Zn 濃度均呈下降趨勢(shì). Lock 等[12]研究指出，利用未經(jīng)老化處理的重金屬污染物進(jìn)行生物毒性測(cè)試會(huì)在一定程度上高估土壤中重金屬的毒性. 三價(jià)銻〔Sb(Ⅲ)〕和五價(jià)銻〔Sb(Ⅴ)〕是土壤中Sb 的主要氧化態(tài)[6]，已有研究[13]指出，Sb(Ⅲ)的生物毒性高于Sb(Ⅴ)，但土壤環(huán)境中的Sb 以Sb(Ⅴ)為主. 如果不充分考慮Sb(Ⅲ)進(jìn)入土壤環(huán)境后的價(jià)態(tài)變化會(huì)誤判其對(duì)生物的真實(shí)毒性. 此外，土壤性質(zhì)對(duì)重金屬的毒性和老化過程同樣存在影響. 何飛等[14]研究指出，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、陽離子交換量、鐵、錳是影響外源Sb(Ⅲ)對(duì)甘藍(lán)根伸長(zhǎng)毒性的主要因素. 孫碩等[15]研究發(fā)現(xiàn)，土壤性質(zhì)的不同會(huì)導(dǎo)致重金屬老化過程的差異，EDTA 提取態(tài)Pb 濃度與土壤pH 和電導(dǎo)率均具有極顯著的相關(guān)性.

得益于短生命周期和易培養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)，模式生物秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)被廣泛應(yīng)用于生物毒性測(cè)試. H?ss 等[16]對(duì)22 種具有不同性質(zhì)和污染模式的土壤以及9 種無污染的參考土壤進(jìn)行了基于ISO 10872 指南的線蟲毒性測(cè)試，結(jié)果表明，該方法適用于測(cè)試土壤中污染物的毒性. Kim 等[17]研究顯示，土壤中Cd、Cu、Ni、Zn 濃度分別達(dá)637、429、744、669 mg/kg 時(shí)，線蟲的后代個(gè)體數(shù)量均降低50%，并指出基于ISO 10872 指南的毒性測(cè)試是評(píng)價(jià)土壤污染物毒性的一種簡(jiǎn)單快速方法.

相較發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)土壤環(huán)境基準(zhǔn)研究相對(duì)滯后[18]，沒有充分考慮土壤污染物對(duì)不同生態(tài)受體的毒性[19]. 目前，圍繞土壤中Sb 對(duì)生物毒性的測(cè)試多以陸生植物、蚯蚓、跳蟲為受試生物[14,20-21]，有關(guān)Sb 對(duì)土壤線蟲毒性的研究較為鮮見，從而導(dǎo)致研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較為匱乏，不能較好地服務(wù)于土壤環(huán)境基準(zhǔn)研究. 因此，該研究選用2 種性質(zhì)的農(nóng)田土壤(安徽黃棕壤和新疆灰漠土)，以秀麗隱桿線蟲為受試生物，研究7和56 d 老化對(duì)土壤中外源Sb(Ⅲ)的價(jià)態(tài)變化、可提取態(tài)Sb 濃度以及對(duì)線蟲毒性的影響，探討不同土壤中外源Sb(Ⅲ)老化過程的差異，以期為我國(guó)土壤基準(zhǔn)研究以及Sb 污染風(fēng)險(xiǎn)管控提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐.

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試試劑

該研究選用酒石酸銻鉀(C8H4K2O12Sb2·3H2O)作為外源Sb(Ⅲ)化合物，其為分析純(＞99%)白色粉末狀固體顆粒，購(gòu)自上海麥克林生化科技有限公司.

1.1.2 供試土壤

該研究選用的黃棕壤和灰漠土分別采集自安徽省宣城市(安徽黃棕壤)和新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市的農(nóng)田表層(0～20 cm)(新疆灰漠土)，土壤于自然條件下風(fēng)干，過2 mm 尼龍篩網(wǎng)后備用. 土壤性質(zhì)及測(cè)定方法如表1 所示.

表1 土壤性質(zhì)及測(cè)定方法Table 1 Soil properties and determination methods

1.1.3 供試生物

該研究選用秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegansvar. Bristol，strain N2)和 大 腸 桿 菌(Escherichia coli，strain OP50)作為毒性測(cè)試生物和食物源，均購(gòu)自福建上源生物科技有限公司.

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 土壤中外源Sb(Ⅲ)的添加和老化

土壤中外源Sb(Ⅲ)的添加通過噴灑酒石酸銻鉀溶液的方式進(jìn)行，使土壤中的理論總Sb 濃度分別達(dá)400、800、1 600、3 200、6 400 mg/kg，對(duì)照組土壤中僅添加去離子水. 充分?jǐn)嚢枋雇寥琅c酒石酸銻鉀溶液混勻，調(diào)節(jié)土壤含水量至田間持水量的55%～60%，裝入自封袋中進(jìn)行老化并取土壤樣品測(cè)定實(shí)際總Sb 濃度，老化過程中通過稱重法補(bǔ)充去離子水以維持土壤含水量. 經(jīng)過7 和56 d 的老化后，取土壤樣品測(cè)定不同價(jià)態(tài)Sb 和可提取態(tài)Sb 濃度，并進(jìn)行土壤中外源Sb(Ⅲ)對(duì)線蟲毒性的測(cè)試.

1.2.2 線蟲毒性測(cè)試

1.2.2.1 線蟲的培養(yǎng)和同步化

食物源的培養(yǎng)：接種單克隆大腸桿菌菌株至LB培養(yǎng)基(稱取0.5 g 酪蛋白胨、0.5 g NaCl、0.25 g 酵母抽提物溶解于50 mL 去離子水中，121 ℃蒸汽滅菌后冷卻備用)，振蕩培養(yǎng)(37 ℃，160 r/min)17 h 后，備用于線蟲的培養(yǎng)和毒性測(cè)試.

線蟲的培養(yǎng)：線蟲在20 ℃條件下生長(zhǎng)于線蟲生長(zhǎng)培養(yǎng)基(nematode growth-medium，NGM)瓊脂(稱取6.8 g 瓊脂粉、1.2 g NaCl、1.0 g 酪蛋白胨溶解于300 mL 去離子水中，121 ℃蒸汽滅菌后冷卻至55 ℃，加入0.4 mL 1 mol/L CaCl2溶液、0.4 mL 1 mol/L MgSO4溶液、10 mL 1 mol/L pH=6.0 的KH2PO4溶液和0.4 mL 5 g/L 的膽固醇乙醇溶液，用無菌水定容至400 mL 后，轉(zhuǎn)移15～20 mL 瓊脂至培養(yǎng)皿冷卻備用)，通過更換接種有大腸桿菌的NGM 瓊脂以維持線蟲的生存.

線蟲的同步化：經(jīng)過約72 h 的培養(yǎng)，NGM 瓊脂表面分布大量的線蟲幼蟲，用M9 培養(yǎng)基(稱取6 g Na2HPO4、5 g NaCl、3 g KH2PO4和0.25 g MgSO4·7H2O溶解于1 000 mL 去離子水后備用)將瓊脂表面的線蟲沖洗至管口布置有5 μm 尼龍篩網(wǎng)的離心管內(nèi)，利用線蟲不同生長(zhǎng)時(shí)期的體型差異過濾出同步的一齡期線蟲幼蟲，備用于線蟲毒性測(cè)試.

1.2.2.2 線蟲的毒性暴露和回收

根據(jù)ISO 10872 指南[26]和文獻(xiàn)[27]進(jìn)行線蟲的毒性暴露和回收. 轉(zhuǎn)移0.5 g 的風(fēng)干土壤樣品至培養(yǎng)板的測(cè)試孔中，添加100 μL 大腸桿菌菌液(15 mg/mL)與土壤樣品充分混合，并調(diào)節(jié)土壤含水量至田間持水量的80%，以滿足毒性暴露期間線蟲對(duì)食物和水分的需求. 通過毛細(xì)管向土壤樣品中添加10 條同步的一齡期線蟲幼蟲后密封培養(yǎng)板. 在20 ℃無光照條件下中進(jìn)行96 h 的毒性暴露. 毒性暴露完成后，向培養(yǎng)板中添加500 μL 0.3 g/L 的虎紅(C20H2Cl4I4Na2O5)溶液以染色線蟲角質(zhì)層，將培養(yǎng)板置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中，通過高溫(80 ℃)殺死線蟲以終止毒性測(cè)試. 通過液態(tài)氧化硅懸浮法將培養(yǎng)板中的線蟲回收于離心管內(nèi)低溫(4 ℃)保存，備用于生長(zhǎng)量、生育率、繁殖數(shù)的測(cè)定. 每個(gè)試驗(yàn)處理設(shè)置3 次重復(fù).

1.2.2.3 線蟲生長(zhǎng)量、生育率和繁殖數(shù)的測(cè)定

將回收于離心管內(nèi)的線蟲倒入培養(yǎng)皿中，在顯微鏡下完成線蟲軀體長(zhǎng)度測(cè)量、生育能力檢查(線蟲軀體內(nèi)至少有一顆蟲卵，則被認(rèn)為具備生育能力)、個(gè)體數(shù)量計(jì)數(shù)后，計(jì)算線蟲的生長(zhǎng)量、生育率、繁殖數(shù).

生長(zhǎng)量計(jì)算公式：

式中：g為 線蟲的生長(zhǎng)量，μm；l1為毒性測(cè)試結(jié)束時(shí)的線蟲體長(zhǎng)，μm；l0為毒性測(cè)試開始時(shí)的線蟲體長(zhǎng)，μm.取30 條一齡期線蟲幼蟲體長(zhǎng)的平均值作為毒性測(cè)試開始時(shí)的線蟲體長(zhǎng)〔(274.2±7.5) μm〕.

生育率計(jì)算公式：

式中：f為線蟲生育率，%；nf為具備生育能力的線蟲數(shù)量，條；n為引入毒性測(cè)試的線蟲數(shù)量，條.

繁殖數(shù)計(jì)算公式：

式中：r為線蟲繁殖數(shù)，條；n0為回收的線蟲數(shù)量，條.

1.2.3 土壤中Sb 濃度的測(cè)定

實(shí)際總Sb 濃度的測(cè)定參考Fan 等[24]研究，稱取0.1 g 風(fēng)干的土壤樣品于消解管內(nèi)，添加8 mL HF-HClO4-HNO3(三者體積比為3∶1∶1)混合液體，微波消解(180 ℃) 45 min 后趕酸，經(jīng)過0.5% HNO3溶液適當(dāng)稀釋后，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(IRIS Advantage 型，Thermo Electron Corporation，美國(guó))測(cè)定溶液中的Sb 濃度.

可提取態(tài)Sb 濃度的測(cè)定參考Ettler 等[28]研究，稱取1 g 風(fēng)干的土壤樣品于離心管內(nèi)，添加10 mL 1 mol/L Na2HPO4溶液，振蕩(25 ℃和200 r/min)2 h后離心(4 000 r/min)10 min，上層清液過0.45 μm 濾膜后，利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent 7500 型，安捷倫科技有限公司，美國(guó))測(cè)定濾液中的Sb 濃度.

不同價(jià)態(tài)Sb 濃度的測(cè)定參考文獻(xiàn)[29]，稱取0.5 g 風(fēng)干土壤樣品于離心管內(nèi)，添加5 mL 0.1 mol/L C6H8O7溶液，振蕩(60 ℃和200 r/min)30 min 后離心(4 000 r/min)10 min，上層清液過0.45 μm 濾膜后，通過原子熒光光度計(jì)(AFS-920，北京吉天儀器有限公司)測(cè)定濾液中的Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)濃度.

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析通過SPSS 22.0 軟件進(jìn)行，土壤總Sb 濃度實(shí)測(cè)值與線蟲生長(zhǎng)量、生育率、繁殖數(shù)間劑量效應(yīng)方程的擬合以及毒性閾值(EC50值)的計(jì)算通過Sigmaplot 14.0 軟件進(jìn)行，圖和表的繪制分別通過Origin Pro 2021 和Excel 2020 軟件進(jìn)行.

2 結(jié)果與分析

2.1 老化過程中外源Sb(Ⅲ)的價(jià)態(tài)變化

由圖1 可見，安徽黃棕壤和新疆灰漠土中Sb(Ⅴ)在總Sb 的占比均隨Sb(Ⅲ)處理濃度的上升而降低. 經(jīng)過7 d 的老化，各Sb(Ⅲ)處理濃度下新疆灰漠土中Sb(Ⅴ)的占比均高于安徽黃棕壤，在Sb(Ⅲ)處理濃度為800 和1 600 mg/kg 時(shí)達(dá)極顯著水平(P＜0.01)，在Sb(Ⅲ)處理濃度為6 400 mg/kg 時(shí)達(dá)顯著水平(P＜0.05). 與7 d 老化相比，經(jīng)過56 d 老化的安徽黃棕壤和新疆灰漠土中Sb(Ⅴ)的占比均出現(xiàn)極顯著提升(P＜0.01). Sb(Ⅲ)處理濃度(400 和800 mg/kg)較低時(shí)，安徽黃棕壤和新疆灰漠土中的Sb 主要以Sb(Ⅴ)形態(tài)存在；Sb(Ⅲ)處理濃度為1 600、3 200、6 400 mg/kg 時(shí)，新疆灰漠土中Sb(Ⅴ)的占比顯著(P＜0.05)或極顯著(P＜0.01)高于安徽黃棕壤. 綜上，土壤中Sb(Ⅲ)的氧化效率與Sb(Ⅲ)的處理濃度、老化時(shí)間以及土壤性質(zhì)有關(guān).

圖1 不同老化時(shí)間的安徽黃棕壤和新疆灰漠土中Sb(Ⅴ)占總Sb 比例Fig.1 Proportion of Sb(Ⅴ) in total Sb in Anhui yellow-brown soil and Xinjiang grey dessert soil with different aging time

2.2 老化過程中可提取態(tài)Sb 濃度的變化

由圖2 可見：整體而言，土壤可提取態(tài)Sb 濃度隨Sb(Ⅲ)處理濃度的提高呈上升趨勢(shì). 經(jīng)過7 d 的老化，新疆灰漠土中可提取態(tài)Sb 濃度顯著高于安徽黃棕壤(P＜0.05). 經(jīng)過56 d 的老化，經(jīng)3 200 和6 400 mg/kg 處理的安徽黃棕壤中可提取態(tài)Sb 濃度分別出現(xiàn)顯著(P＜0.05)和極顯著(P＜0.01)的降低；經(jīng)800 mg/kg 處理的新疆灰漠土中可提取態(tài)Sb 濃度出現(xiàn)顯著(P＜0.05)的降低；Sb(Ⅲ)處理濃度為1 600、3 200 和6 400 mg/kg 時(shí)，新疆灰漠土中可提取態(tài)Sb 濃度出現(xiàn)極顯著(P＜0.01)的降低，Sb(Ⅲ)處理濃度相同時(shí)新疆灰漠土中可提取態(tài)Sb 濃度仍高于安徽黃棕壤. 結(jié)果表明，土壤中可提取態(tài)Sb 的提取比例與老化時(shí)間及土壤性質(zhì)有關(guān).

圖2 不同老化時(shí)間的安徽黃棕壤和新疆灰漠土中可提取態(tài)Sb 濃度Fig.2 Extracted Sb concentration in Anhui yellow-brown soil and Xinjiang grey dessert soil with different aging time

2.3 老化土壤中Sb 對(duì)線蟲的毒性

根據(jù)ISO 10872 指南中關(guān)于線蟲毒性測(cè)試的有效性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行毒性測(cè)試結(jié)果的檢驗(yàn). 由表2 可見，該研究的線蟲毒性測(cè)試結(jié)果符合有效性標(biāo)準(zhǔn).

表2 毒性測(cè)試有效性Table 2 Validity of toxicity test

2.3.1 老化土壤中Sb 對(duì)線蟲的生長(zhǎng)毒性

由圖3 可見：總Sb 濃度為6 400 mg/kg 時(shí)，經(jīng)過7 d 老化的安徽黃棕壤和新疆灰漠土中線蟲的生長(zhǎng)量均不足各對(duì)照組的10%；而老化56 d 時(shí)，線蟲的生長(zhǎng)量分別為各對(duì)照組的41.2%和17.7%. 根據(jù)外源Sb(Ⅲ)對(duì)線蟲生長(zhǎng)毒性的EC50值以及老化因子(見表3)可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過7 和56 d 老化處理的安徽黃棕壤中，外源Sb(Ⅲ)對(duì)線蟲的生長(zhǎng)毒性低于新疆灰漠土，新疆灰漠土中外源Sb(Ⅲ)表現(xiàn)出更明顯的老化效應(yīng).

圖3 不同老化時(shí)間的安徽黃棕壤和新疆灰漠土中Sb 對(duì)線蟲的生長(zhǎng)毒性Fig.3 Growth toxicity of Sb to C. elegans in Anhui yellow-brown soil and Xinjiang grey dessert soil with different aging time

2.3.2 老化土壤中Sb 對(duì)線蟲的生育毒性

由圖4 可見，經(jīng)3 200 mg/kg Sb(Ⅲ)處理的安徽黃棕壤和新疆灰漠土老化7 d 后完全抑制了線蟲的生育能力，而經(jīng)過56 d 的老化，線蟲的生育率分別為51.7%和46.7%. Sb(Ⅲ)處理濃度(6 400 mg/kg)最高時(shí)，2 種土壤中僅有16.7%和3.7%的線蟲具備生育能力. 由外源Sb(Ⅲ)對(duì)線蟲生育毒性的EC50值以及老化因子(見表3)可知，經(jīng)Sb(Ⅲ)處理后老化7 和56 d 的新疆灰漠土均表現(xiàn)出對(duì)線蟲較高的生育毒性和較強(qiáng)的老化效應(yīng)，外源Sb(Ⅲ)對(duì)線蟲生育毒性的閾值均低于其對(duì)生長(zhǎng)毒性的閾值，毒性評(píng)價(jià)終點(diǎn)的敏感性差異整體表現(xiàn)為生育毒性高于生長(zhǎng)毒性.

表3 土壤中Sb 對(duì)線蟲生長(zhǎng)、生育、繁殖毒性的EC50 值及老化因子Table 3 EC50 values of Sb in soil and aging factors derived from the growth, fertility, and reproduction of C. elegans

圖4 不同老化時(shí)間的安徽黃棕壤和新疆灰漠土中Sb 對(duì)線蟲的生育毒性Fig.4 Fertility toxicity of Sb to C. elegans in Anhui yellow-brown soil and Xinjiang grey dessert soil with different aging time

2.3.3 老化土壤中Sb 對(duì)線蟲的繁殖毒性

由圖5 可見，經(jīng)1 600 mg/kg Sb(Ⅲ)處理的安徽黃棕壤和新疆灰漠土老化7 d 后線蟲的繁殖均受到顯著抑制(P＜0.05)，經(jīng)3 200 mg/kg Sb(Ⅲ)處理的安徽黃棕壤和新疆灰漠土老化56 d 后線蟲的繁殖均顯著降低(P＜0.05). 根據(jù)外源Sb(Ⅲ)對(duì)線蟲繁殖毒性的閾值(見表3)可知，外源Sb(Ⅲ)對(duì)線蟲繁殖毒性的閾值均低于其對(duì)生育毒性的閾值. 比較基于不同毒性評(píng)價(jià)終點(diǎn)計(jì)算的外源Sb(Ⅲ)毒性閾值(見表3)可以發(fā)現(xiàn)，外源Sb(Ⅲ)對(duì)線蟲的繁殖表現(xiàn)出較高的毒性，對(duì)線蟲的生育毒性次之，對(duì)線蟲的生長(zhǎng)毒性最低. 由老化因子(見表3)可知，新疆灰漠土中外源Sb(Ⅲ)的老化效應(yīng)強(qiáng)于安徽黃棕壤.

圖5 不同老化時(shí)間的安徽黃棕壤和新疆灰漠土中Sb 對(duì)線蟲的繁殖毒性Fig.5 Reproduction toxicity of Sb to C. elegans in Anhui yellow-brown soil and Xinjiang grey dessert soil with different aging time

3 討論

土壤中重金屬的生物毒性取決于其生物有效態(tài)濃度，研究中多通過化學(xué)可提取態(tài)對(duì)重金屬的生物有效濃度進(jìn)行表征[30]. 重金屬的生物有效濃度與重金屬進(jìn)入土壤環(huán)境后的物理化學(xué)過程緊密相關(guān)[12,31]. 馬祥愛等[32]研究發(fā)現(xiàn)，高黏粒占比的黑土對(duì)Sb 具有較強(qiáng)的吸附能力且對(duì)吸附態(tài)Sb 的解吸率較低. 林祥龍[33]研究指出，黏粒具有粒徑小、比表面積大、吸附點(diǎn)位多等特點(diǎn)，較砂粒能更好地與土壤中Sb 進(jìn)行結(jié)合. 筆者研究選用的安徽黃棕壤中可提取態(tài)Sb 濃度低于新疆灰漠土，可能與其較高的黏粒占比有關(guān). 已有研究[34-35]指出，有機(jī)質(zhì)中的活性官能團(tuán)能與Sb 結(jié)合形成配合物，對(duì)土壤中Sb 的遷移能力造成影響. 土壤中天然的鐵錳鋁氧化物同樣能對(duì)Sb 進(jìn)行吸附，從而降低其生物有效濃度[2,36-37]. 筆者研究選用的安徽黃棕壤中有機(jī)質(zhì)和鐵錳鋁氧化物含量均高于新疆灰漠土，降低了外源Sb(Ⅲ)的生物有效性和毒性，一定程度上解釋了經(jīng)Sb(Ⅲ)處理的安徽黃棕壤中較低的可提取態(tài)Sb 濃度以及對(duì)線蟲較低的毒性.

外源Sb(Ⅲ)進(jìn)入土壤環(huán)境會(huì)發(fā)生價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)變[38].筆者研究顯示，安徽黃棕壤和新疆灰漠土中Sb(Ⅲ)的氧化效率均隨總Sb 濃度的提升呈下降趨勢(shì). 已有研究同樣指出Sb(Ⅲ)的氧化效率受外源Sb(Ⅲ)濃度的影響， Cai 等[39]研究發(fā)現(xiàn)，在較低的初始濃度(0.09 和0.47 mmol/L)下，吸附在土壤表面的Sb(Ⅲ)經(jīng)過240 h 的反應(yīng)被完全氧化為Sb(Ⅴ)，當(dāng)Sb(Ⅲ)濃度提至0.94 mmol/L 時(shí)，土壤表面所有Sb(Ⅲ)被氧化則需要更多的時(shí)間. Lin 等[29]研究同樣指出，外源Sb(Ⅲ)濃度為1 600 mg/kg 時(shí)江西土壤經(jīng)過150 d 的老化，其中Sb(Ⅴ)占總Sb 的比例高達(dá)96.9%，而江西土壤中外源Sb(Ⅲ)濃度提至6 400 mg/kg 時(shí)，僅有16.6%的Sb(Ⅲ)被轉(zhuǎn)化為Sb(Ⅴ). 除外源Sb(Ⅲ)濃度的影響外，土壤性質(zhì)同樣是造成Sb(Ⅲ)氧化效率差異的原因. 已有研究[36,40]指出，較高的土壤pH 有利于Sb(Ⅲ)氧化. 筆者研究顯示，新疆灰漠土中Sb(Ⅲ)的氧化效率高于安徽黃棕壤，這可能是因?yàn)樾陆夷凛^高的pH 促進(jìn)了高毒性的Sb(Ⅲ)向低毒性的Sb(Ⅴ)轉(zhuǎn)化. 但也有研究[41]指出，pH 較高的條件下，土壤中的OH-與含氧陰離子形式存在的Sb 競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合礦物官能團(tuán)，不利于土壤對(duì)Sb 的吸附，這可能是導(dǎo)致新疆灰漠土具有較高的可提取態(tài)Sb 濃度以及對(duì)線蟲毒性較高的原因.

筆者研究中外源Sb(Ⅲ)對(duì)線蟲的毒性隨老化時(shí)間的推移呈下降趨勢(shì). 研究[11]指出，重金屬進(jìn)入土壤環(huán)境后，會(huì)在短時(shí)期內(nèi)完成固液相的分配和表面的吸附，隨老化時(shí)間的推移，通過沉淀、配位、氧化等反應(yīng)過程達(dá)到新的平衡，生物有效性和毒性在老化過程中不斷降低. Lin 等[42]研究同樣發(fā)現(xiàn)，Cr(Ⅵ)處理的土壤老化21 d 后對(duì)跳蟲的繁殖毒性較老化2 d 的土壤顯著降低. 研究[43]指出，老化作用通過降低重金屬的生物有效態(tài)從而削弱其對(duì)生物的毒性. 蔡瓊瑤等[44]研究土壤中外源Pb 的老化特征，結(jié)果表明EDTA 提取態(tài)Pb 濃度隨土壤的老化呈下降趨勢(shì). 筆者研究選用的2 種土壤中，外源Sb(Ⅲ)對(duì)線蟲的毒性同樣表現(xiàn)出隨可提取態(tài)Sb 濃度降低而減弱的特征，但可提取態(tài)Sb 的降幅存在差異. 這是因?yàn)榘不拯S棕壤pH較低且具有較高的黏粒占比、有機(jī)質(zhì)以及鐵錳鋁氧化物含量，外源Sb(Ⅲ)進(jìn)入安徽黃棕壤后能在較短的時(shí)間內(nèi)通過物理化學(xué)過程被吸附，而上述吸附過程在新疆灰漠土中進(jìn)行得相對(duì)緩慢，經(jīng)更長(zhǎng)時(shí)間的老化后，新疆灰漠土中外源Sb(Ⅲ)對(duì)線蟲毒性的降幅更高. Lin 等[45]研究同樣表明，與老化7 d 的土壤相比，老化120 d 的土壤中Ni 對(duì)跳蟲致死毒性的LC50值和繁殖毒性的EC50值分別增加了1.30～1.94 和1.27～1.82倍，外源Ni 在4 種土壤中的老化效應(yīng)存在差異. 外源Sb(Ⅲ)在新疆灰漠土中能被更快地氧化為毒性較低的Sb(Ⅴ)，導(dǎo)致對(duì)線蟲毒性的閾值提升相對(duì)較高，表現(xiàn)出更明顯的老化效應(yīng).

根據(jù)該研究毒性測(cè)試結(jié)果可知，外源Sb(Ⅲ)對(duì)線蟲的繁殖具有更高的毒性，對(duì)生育的毒性次之，對(duì)生長(zhǎng)的毒性最低. Schertzinger 等[46]研究顯示，污染物對(duì)線蟲生長(zhǎng)的毒害間接抑制了線蟲的生育能力，導(dǎo)致污染物對(duì)線蟲生育的毒性高于其對(duì)生長(zhǎng)的毒性，對(duì)線蟲繁殖數(shù)的抑制可能是由污染物的直接毒害作用以及對(duì)線蟲生育的間接毒害作用共同所致.

4 結(jié)論

a) 老化過程降低了Sb(Ⅲ)處理土壤中可提取態(tài)Sb 濃度和Sb(Ⅲ)占比，從而減弱了外源Sb(Ⅲ)對(duì)線蟲的毒性.

b) 土壤性質(zhì)(pH、有機(jī)質(zhì)、鐵錳鋁氧化物含量)對(duì)Sb(Ⅲ)處理土壤中可提取態(tài)Sb 濃度和Sb(Ⅲ)氧化效率的影響，導(dǎo)致不同土壤中外源Sb(Ⅲ)對(duì)線蟲毒性的差異.

c) 外源Sb(Ⅲ)在不同土壤中的老化過程存在差異，新疆灰漠土中可提取態(tài)Sb 濃度和Sb(Ⅲ)占比的降幅更高，導(dǎo)致外源Sb(Ⅲ)對(duì)線蟲毒性的閾值提升更大.