农田中砷的植物调控主要是通过某些特异性植物来清除环境中的砷或使其浓度或毒性下降的过程。
如Ma等研究表明,在砷污染土壤中生长的蜈蚣蕨体内的砷含量能达到1442~7526mg/kg,并认为蜈蚣蕨是最有效的砷超富集植物。利用植物对农田中砷的根系过滤作用、植物固定与挥发作用等也有助于在一定程度上降低农田中砷的风险。进一步研究蜈蚣蕨对砷的耐性机制表明,蜈蚣蕨体内能产生较多的抗氧化分子或酶类如谷胱甘肽和超氧化物歧化酶等,在一定程度上清除砷胁迫下蜈蚣蕨体内产生的活性氧自由基,此外,蜈蚣蕨还能将毒性相对更大的三价砷贮存于叶片组织的液泡中,降低其对自身生长的影响。
此外,还可以基于不同类型或相同类型不同品种作物对环境中砷吸收能力的差异,通过种植对砷吸收能力差的作物来降低农产品中砷累积的风险。
如Mathieu等研究了5种叶类蔬菜对环境中砷的吸收能力,结果表明相同砷含量水平下,该5种叶类蔬菜对砷的累积能力大小为空心菜>芹菜>苋菜>生菜>莴苣,并认为在砷超标的农田通过种植对砷敏感性较差的莴苣可以在一定程度上降少砷在蔬菜中累积的风险。
农田中砷的微生物调控主要是利用环境中某些具有生物累积、吸附/解吸、氧化/还原、甲基化/去甲基化等功能的微生物来降低土壤中砷的植物有效性,或改变砷的化学价态,从而调控农田中砷的活性或毒性。近年来,许多具有生物累积与砷形态转化能力的微生物被分离并鉴定。
如Granchinho等研究发现,尖孢镰刀菌(F.oxysporum)能将环境中的As(Ⅴ)累积于细胞内,同时伴随砷化学形态的转化,产物主要为As(Ⅲ)和DMA,后者很易于转化成为一种易挥发的砷化物。
等从砷污染的矿区土壤中分离得到8株同时具有生物累积与挥发砷能力的真菌,并认为真菌对砷的挥发能力各不相同。
Zeng等和Su等近年来从砷污染土壤分离得到3株具有高耐砷能力的真菌,如棘孢木霉菌、微紫青霉和尖孢镰刀菌,这些真菌均具有较高的砷生物累积与形态转化能力。进一步将棘孢木霉菌制备成厚垣孢子粉剂施入砷污染后发现,该菌株能将土壤中的砷挥发到空气中,同时还能有效地降低土壤中砷的有效性,在一定程度上改变土壤的pH和各结合态砷的分布(未发表数据)。这些微生物被认为可用于今后砷超标农田的风险调控中。
此外,土壤中的某些微生物还可以通过自身代谢作用改变土壤的矿物组成,进而影响砷在