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苯胂酸饲料添加剂(Aromatic arsenical feed additives，AAAs)是一类毒性低、在动物体内残留少、能够促进饲料转化和动物生长的苯胂酸类化合物，因而作为饲料添加剂被广泛应用于禽类养殖。AAAs通过饲料进入动物体内后，绝大多数以其原形药物形式随粪便和尿液排除体外。含AAAs的粪便农用后进入农田土壤，往往导致土壤砷的污染。因此，研究AAAs在土壤中的环境行为具有极其重要的意义。此外，含AAAs的动物粪便在农田土壤中的大量施用必将导致生长于该土壤中的农作物暴露于AAAs及其含砷代谢产物，导致砷通过农作物进入食物链。因此，研究AAAs的植物毒性和农作物对AAAs的吸收对评估AAAs的生态风险具有重要意义。然而，到目前为止，国内外对AAAs的土壤环境过程和植物效应的研究仍然十分有限。本文以洛克沙胂(roxarsone，ROX)为AAAs的模式污染物，研究ROX在土壤中的环境过程和植物对ROX胁迫的响应。本文的主要结论如下: (1)基于水和20mmol/L(NH4)2HPO4+20mmol/L NH4NO3+5％甲醇(v/v)梯度洗脱的HPLC-ICP-MS砷形态分析方法，能够成功地对不同性质土壤中As(Ⅲ)、As(Ⅴ)、MMA(单甲基胂)、DMA（二甲基胂）和ROX进行同步分析。该砷形态分析方法对这五种形态砷均具有灵敏度高、线性范围宽和回收率高的特点。As(Ⅲ)、As(Ⅴ)、MMA、DMA和ROX的检出限分别为0.80、0.58、0.35、0.24和1.52μg/L。0.1mol/L NaH2PO4+0.1mol/L H3PO4(9∶1，v/v)适用于土壤中较低浓度的不同形态砷的提取。相较于土壤理化性质，土壤中各形态砷的提取效率受提取剂化学组成的影响更大。 (2)ROX在土壤上的吸附在24h内达到平衡，并且吸附速率由薄层扩散和颗粒内扩散过程控制。ROX在土壤上吸附的伪二级动力学速率常数为5.26～5.74×102g/(mg·h)，最大吸附量为0.59～4.12mg/g。ROX在土壤中的吸附由分配和表面吸附两个过程组成，并且它们对整体吸附过程的相对贡献随着土壤性质的不同而变化。ROX在土壤上最大吸附量、分配系数和解吸附率与土壤理化性质相关，尤其是与FeDCB、土壤有机质和溶解性有机质含量密切相关。腐殖酸(HA)、PO43-、As(Ⅲ)和As(Ⅴ)均能显著抑制ROX在土壤上的吸附。FTIR结果表明羧基和酰胺基团参与了ROX在土壤上的吸附作用。 (3)土壤溶解性有机质(DOM)三维荧光和同步荧光光谱中含有类蛋白和类腐殖质两大类荧光基团，其中类腐殖质荧光基团是受试土壤DOM的主要荧光物质。ROX通过静态猝灭的方式与DOM的荧光基团结合，生成的ROX-DOM络合物的条件稳定常数值高达10506。二维相关光谱(2D-COS)分析表明，不同荧光基团与ROX相结合的能力大小顺序依次为:类蛋白荧光基团≈长波段类腐殖质荧光基团＞短波段类腐殖质荧光基团。FTIR光谱结果显示羟基、羧基、酰胺Ⅱ带基团、脂肪C-H和-NO2参与了ROX与DOM的络合反应。 (4)江西红壤(C-Soil)和江苏黄棕壤(H-Soil)中可提取态ROX的半衰期分别为187d～394d和4.04d～93.92d，说明可提取态ROX在C-Soil土壤中的降解速率远低于其在H-Soil土壤中的降解速率。土壤含水量和外源葡萄糖的添加能够显著促进可提取态ROX在两种受试土壤中的降解。砷形态分析结果表明培养119d后C-Soil土壤提取液中砷的主要形态为ROX，而H-Soil土壤提取液中砷的主要为ROX的降解产物—DMA。 (5)ROX对小麦根伸长的毒性显著低于As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的毒性。小麦根对ROX胁迫的响应比小麦芽对ROX胁迫的响应更敏感。砷形态分析结果首次证实小麦能将少量的ROX降解为As(Ⅲ)和As(Ⅴ)。HA通过与ROX发生相互作用，进而降低ROX的植物毒性和小麦根对ROX的吸收。竞争吸收试验结果表明Si(Ⅳ)(0.5～10mmol/L)和2，4-二硝基苯酚(DNP,0.5～2mmol/L)则均能显著降低小麦对ROX的吸收，说明小麦根吸收ROX可能是一个对Si(Ⅳ)敏感的主动运输过程。 (6)大豆根对ROX的最大吸收速率为1251.3±37.4mg/(kgDW·7d)，并且是大豆植株中砷的主要累积部位。砷形态分析结果表明大豆根和叶片中已检出砷总量的78.9％～95.6％为ROX，其次为少量的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)，证实ROX在大豆体内发生了转化。环境浓度ROX(1.0～25.0mg/L)对大豆生长和叶片光合作用无明显毒性效应，但较高浓度ROX胁迫会导致大豆根系发黑，说明根系对ROX胁迫的响应比叶片更加敏感。不同浓度ROX胁迫下，大豆根分泌物的2D-COS分析结果表明，大豆根分泌物中荧光物质对ROX胁迫响应的变化顺序依次为:类蛋白荧光基团＞S-Humic-like荧光基团＞L-Humic-like荧光基团≈F-Humic-like荧光基团;大豆根分泌物的官能团随着ROX胁迫浓度的增加的变化顺序依次为:酰胺、醌类、酮类和芳环C=C和C=O≈脂肪-OH和多糖类C-O-H＞羧酸的C-O、酚类的O-H＞硝酸根的N-O≈脂肪C-H。 综上所述，ROX在土壤中的吸附和其与土壤DOM的结合是控制土壤中ROX环境归趋的重要过程。ROX在不同土壤中的降解速率差异较大。ROX对小麦根伸长毒性小于无机砷，并且可能通过与Si(Ⅳ)敏感的载体介导的主动运输进入小麦根细胞。环境浓度ROX对大豆的生长无明显抑制效应，但对大豆根系分泌物的荧光物质组成和官能团有较大影响。本研究不仅丰富了对ROX的土壤环境行为和植物效应的认识，也为正确、全面评价受AAAs污染地区砷的环境归宿和经土壤→农作物→粮食途径的健康风险提供理论依据。