酸素ナノバブルを担持した鉱物は、水田土壌からイネへのヒ素の移行を抑制する

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J. Hazard. Mater..2020 May;398:122818. S0304-3894(20)30807-4. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.122818.Epub 2020-05-20.

酸素ナノバブルを担持した鉱物は、水田土壌からイネへのヒ素の移行を抑制する

Minerals loaded with oxygen nanobubbles mitigate arsenic translocation from paddy soils to rice.

Zhimin Sha
Zheng Chen
Yanfang Feng
Lihong Xue
Linzhang Yang
Linkui Cao
Qingnan Chu

PMID: 32512435 DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.122818.

抄録

浸水した水田土壌におけるヒ素の還元的変態を抑制することは、ヒ素の食物連鎖への移行を抑制するために基本的に重要である。本研究では、水田土壌に酸素を供給し、水稲へのAsの流入を抑制するための新しいアプローチとして、酸素ナノバブル負荷型ゼオライト（ZON）と-バーミキュライト（VON）の試験を行った。根圏とバルク土壌における動的な生理的・生物化学的変化をリゾボックス実験で明らかにした。ZONとVONを添加すると、酸化還元電位と溶存酸素は栽培期間中一貫して増加した。酸化還元環境の改善により、間隙水へのAs(III)の放出が抑制され、結晶性Fe(hyd)酸化物へのAs(V)の吸着量が増加し、ArsC, arrA遺伝子の量が減少し、aioA遺伝子が増強された。さらに、ZONとVONを添加すると、根の鉄プラーク形成が促進され、鉄プラーク上のAs保持量が増加した。また、ZONとVONの両処理は、土壌からイネへのAsの移行を緩和し、根と茎のバイオマスを増加させた。また、ZONはVONよりも高い酸素負荷能力を有しているため、イネの成長を促進し、As移行を抑制する効果に優れていた。本研究は、水田土壌からイネへのAs移行を抑制し、イネの生育を向上させる環境に優しい新規な材料を提供するものである。

Inhibiting reductive transformation of arsenic (As) in flooded paddy soils is fundamentally important for mitigating As transfer into the food chain. In this study, oxygen-nanobubble-loaded-zeolites (ZON) and -vermiculites (VON) were tested as a novel approach for supplying oxygen to paddy soils to inhibit As influx into rice. The dynamic physio- and bio-chemical variations in the rhizosphere and bulk soil were profiled in a rhizobox experiment. Upon adding ZON and VON, the redox potential and dissolved oxygen consistently increased throughout the cultivation period. The improved redox environment inhibited As(III) release into porewater and increased As(V) adsorbed on crystalline Fe (hydr)oxides, following the reduction of arsC and arrA gene abundances and enhancement of the aioA gene. Moreover, adding ZON and VON promoted root iron plaque formation, which increased As retention on iron plaque. Both ZON and VON treatments mitigated As translocation from soil to rice, meanwhile increasing root and shoot biomass. ZON was superior to VON in repressing As transfer and promoting rice growth due to its higher oxygen loading capacity. This study provides a novel and environment-friendly material to both mitigate the As translocation from paddy soil to rice and improve rice growth.