第三章 結果與討論
3.6 水稻幼苗毒性試驗
3.6.2 水稻植體乾重與土壤溶液中或 NaH 2 PO 4 抽出之砷含量之關係….…80
平鎮系、太康系和將軍系三種土壤中，在未添加 As(Ⅴ)處理下所生長的水稻 植體乾重地上部分別為：Pc（0.79 g pot-1）> Tk（0.75 g pot-1）> Cf（0.51 g pot-1），
而根部為Tk（0.39 g pot-1）> Pc（0.37 g pot-1）> Cf（0.32 g pot-1）。將各處理以未 添加As(Ⅴ)處理之乾重作控制組為 100 %，將添加不同量 As(Ⅴ)處理土壤之水稻植 體乾重相對於控制組之相對百分比見表九，結果發現將軍系土壤在添加30 mg As(Ⅴ) kg-1處理下，水稻的地上部及根部乾重都出現明顯減少，而平鎮系和太康系 土壤則在As(Ⅴ)添加量為 60 mg kg-1處理下，才出現些微的減少。另外比較地上部 及根部之植體乾重受砷毒害情形，發現三種供試土壤在添加不同濃度As(Ⅴ)處理 下，水稻在地上部乾重受到較明顯之影響，也就是在相同As(Ⅴ)處理濃度下，地 上部受砷抑制生長的情形會較根部嚴重，此現象在平鎮和太康土壤之植體中較顯 著。這可能與砷在植體中的移動情形有關，也許在平鎮及太康之水稻根部有某種 保護機制。
而三種砷含量不同等級的關渡平原土壤因有機質含量較多，水稻生長良好，
其地上部乾重為1.74-0.59 g pot-1，根部乾重為1.21-0.46 g pot-1。若以Gd1 作控制 組為100 %，將 Gd2 和 Gd3 土壤所生長的水稻植體乾重相對於控制組的百分比發 現Gd2 和 Gd3 在地上部及根部乾重之相對百分比（以 0 mg As(Ⅴ) kg-1處理作為控 制組100%）皆有顯著降低（表九），表示關渡平原土壤砷含量之高低確實會影響 到水稻之生長。
不論是植體地上部或根部，皆以太康土壤以 480 mg As(Ⅴ) kg-1處理下之水稻 乾重相對百分比較低（以0 mg As(Ⅴ) kg-1處理作為控制組100%），表示受砷毒害 較嚴重。以浸水前及浸水42 天後抽出土壤溶液之砷含量與植體總乾重相對百分比 以非線性迴歸方程式來套配抽出土壤溶液之砷含量和水稻生長之劑量－反應關係 (Sigmoidal dose-response relattionship)（表十），結果顯示與浸水 42 天抽出之總砷 的相關性最好，R=0.8452（圖三十）。顯示以浸水 42 抽出之土壤溶液中總砷與
y=4.79E-07 + 96.8/(1+10^((0.298-x)*(-0.577))) R=0.845
Log [42 day water extractable total As mg L-1]
-4 -2 0 2
Total plant dry weig ht (% of control)
0 20 40 60 80 100
120 Pc
Tk Cf Gd
Fitting curve
y=4.79E-07+96.8/(1+10^(0.577x-0.172))
圖三十、土壤浸水42 天溶液之總砷含量與植體總乾重百分比（% of control）繪製 成劑量－反應關係曲線。
Figure 30. The curve of dose-response relationship between total As in soil solution of the studied soils after 42 days flooded incubation and the plant height of paddy rice.
水稻幼苗生長情形有顯著的負相關，並由此非線性迴歸方程式推估，水稻毒害之 EC20 (effective concentration) 的總砷含量為 0.13 mg kg-1，表示在浸水42 天之土壤 溶液中總砷含量達0.13 mg kg-1即會導致植體因受砷抑制生長，造成植體乾重較控 制組減少20%。
同樣的將 NaH2PO4抽出之有效性砷的對數值與水稻植體乾重之相對百分比以 非線性迴歸方程式套配NaH2PO4抽出土壤溶液之砷含量和水稻生長之劑量－反應 關係(Sigmoidal dose-response relationship)（表十），結果顯示以 NaH2PO4抽出土壤 溶液之總砷的相關性為R=0.9383（圖三十一），較以NaH2PO4抽出土壤溶液之As(Ⅴ) 的相關性(R=0.9359)好。以 NaH2PO4抽出土壤溶液之砷含量和水稻生長之劑量－反 應關係之非線性迴歸方程式推估，水稻毒害之EC20 (effective concentration) 的以 NaH2PO4 所抽出之總砷含量為 32.9 mg kg-1。
y=3.58E-08 + 100/(1+10^((1.96-x)*(-1.35))) R=0.938
Log [NaH2PO4 extractable total As mg kg -1]
-1 0 1 2 3
Total plant dry weight (% of control)
0 20 40 60 80 100 120
Pc Tk Cf Gd
Fitting curve
y=3.58E-08+100/(1+10^(1.35x-2.65))
圖三十一、NaH2PO4抽出之總砷含量與植體總乾重百分比（% of control）繪製成 劑量－反應關係曲線。
Figure 31. The curve of dose-response relationship between NaH2PO4-extractable total As of the studied soils and the plant dry weight of paddy rice.
3.6.3 水稻幼苗生長試驗之植體分析
表十一為水稻植體中砷之濃度(mg As kg-1 )，由表十一可知，隨土壤溶液中砷 含量增加，植體中砷濃度也會增加，且因根部為最直接接觸土壤溶液相的部份，
所以在根部之砷濃度較地上部高。另外將水稻植體地上部及根部之砷濃度與土壤 浸水前、浸水42 天及 NaH2PO4抽出之土壤溶液中As(Ⅲ)、As(Ⅴ)和總砷做相關，
發現在植體地上部之砷含量與土壤浸水42 天之土壤溶液中 As(Ⅴ)含量的相關最 佳，r=0.966（圖三十二）。就植體中砷濃度而言，土壤溶液中之砷濃度其為最直接 影響植物並為植物可直接吸收利用的部份，因此相關性較NaH2PO4抽出之砷總量 佳。
表十二為供試土壤所生長的水稻幼苗其地上部、根部或整株其自土壤中吸收 之砷以一盆表示(μg As pot-1 )。結果發現在高濃度 As(Ⅴ)處理下，植體因受毒害，
其株高及乾重明顯降低，導致植物自土壤所吸收的砷減少，因此於人工添加480 mg As(Ⅴ) kg-1處理下水稻植體中砷總量較240 mg As(Ⅴ) kg-1處理之土壤所生長之水 稻植體中砷總量低。
另外將水稻植體地上部及根部之砷總量與土壤浸水前和浸水 42 天之土壤溶液 以及NaH2PO4所抽出之溶液中As(Ⅲ)、As(Ⅴ)和總砷做相關。在植體根部之砷的 吸收總量與浸水42 天之土壤溶液中 As(Ⅲ)之相關性最佳，r=0.940（圖三十三）。
可能與浸水後As(Ⅲ)含量增加及 As(Ⅲ)在溶液中較易移動之特性，導致植體根部 對As(Ⅲ)吸收較好有關。而 NaH2PO4抽出之砷含量也有很好的相關，r=0.906(圖三 十四)，因其代表土壤中可被吸收利用之總砷量部分，所以對於植體中總砷量也會 有很好的相關。
天然砷汙染的關渡土壤，地上部總砷量約為 6.15-25.9 μg pot-1，含量不高，而 根部總砷量為132-1388 μg pot-1，約為地上部砷含量的22-53 倍，可能因生長在關 渡平原土壤之水稻，其根部對砷吸收並將砷固定的效率較高，導致吸收及運輸至 地上部的總砷量減少。
表十一、各供試土壤之水稻植體中砷濃度。
Table 11. The concentrations of As in roots and shoots of paddy rice in studied soils.
As(V) added Soil Total As As in shoot As in root --- mg As kg-1 plant ---
0 11.5±0.2 5.57±6.09 7.00±1.29 30 40.5±1.0 4.92±2.70 58.2±10.8 Pc 60 68.4±0.9 7.07±1.15 126±12
120 131±7.2 13.7±0.5 248±51
240 249±3.2 30.1±3.3 809±30
480 489±20 55.5±6.5 2341±878 0 11.6±0.4 9.12±8.57 5.91±0.17 30 41.0±0.7 6.04±1.44 67.0±4.9 Tk 60 70.2±2.9 10.1±1.0 109±30
120 146±2 15.5±0.7 190±29
240 243±6 38.8±10.5 529±277
480 507±3 340±109 1392±539
0 7.05±0.14 6.17±7.00 19.9±3.9
30 34.9±1.8 14.9±3.4 196±55
Cf 60 67.5±1.4 17.7±1.4 579±153
120 132±5 31.5±2.0 639±167
240 239±1 124±25 2245±230
480 492±6 474±81 2986±1412
Gd1 17.1±0.5 3.55±0.67 113±33
Gd2 203±13 15.2±1.2 1197±191
Gd3 520±125 43.7±12.0 3063±525
R=0.9656
42 day water extractable As(V) (ug L-1)
0 5000 10000 15000 20000 25000
As concentration in shoot (mg kg-1 plant)
0 100 200 300 400 500 600
Pc Tk Cf Gd
圖三十二、供試土壤浸水42 天之土壤溶液中 As(Ⅴ)濃度與植體地上部砷濃度之相 關。
Figure 32. The relationship between the As(Ⅴ) in soil solution after 42 days flooded incubation and As concentration in shoots.
表十二、水稻幼苗自土壤中所吸收之砷量。
Table 12. The total As uptaken by paddy rice in studied soils.
As(V) added Soil Total As As in shoot As in root As in plant mg kg-1 mg kg-1 --- μg pot-1 ---
0 11.5±0.2 4.41±1.75 2.59±0.42 6.99±5.11 30 40.5±1.0 3.75±2.20 22.2±6.1 26.0±7.8 Pc 60 68.4±0.9 5.14±0.86 45.5±3.7 50.7±4.4
120 131±7.2 8.92±0.79 87.0±25.8 95.9±26.5 240 249±3.2 12.6±1.0 223±8 236±9 480 489±20 10.7±2.1 219±65 230±65 0 11.6±0.4 6.78±6.47 2.31±0.28 9.08±6.20 30 41.0±0.7 4.38±1.13 26.0±0.6 30.4±1.4 Tk 60 70.2±2.9 6.25±0.55 38.5±10.1 44.8±9.6
120 146±2 8.40±1.97 62.2±13.0 70.7±14.6
240 243±6 14.8±1.7 133±76 148±74
480 507±3 36.7±10.9 109±43 145±54 0 7.05±0.14 3.10±3.46 6.30±1.01 9.40±3.67 30 34.9±1.8 6.59±1.75 57.7±13.1 64.3±11.3 Cf 60 67.5±1.4 7.38±0.27 154±42 161±43
120 132±5 12.39±1.25 152±22 164±22
240 239±1 23.0±4.3 250±26 273±30
480 492±6 41.4±5.6 191±73 232±76
Gd1 17.1±0.5 6.15±1.2 132±20 138±19
Gd2 203±13 17.5±1.7 732±94 750±94
Gd3 520±125 25.9±9.9 1388±114 1414±105
圖三十三、供試土壤浸水42 天之土壤溶液中 As(Ⅲ)濃度與植體根部總吸收量之相 關。
Figure 33. The relationship between the As(Ⅴ) in soil solution after 42 days flooded incubation and total As uptaken by roots in studied soils.
圖三十四、供試土壤中NaH2PO4抽出之土壤溶液中As(Ⅲ)濃度與植體根部總砷吸 收量之相關。
Figure 34. The relationship between the As(Ⅲ) extracted by NaH2PO4 and total As
R=0.9057
NaH2PO4 extractable As(III) (mg kg-1)
0 1 2 3 4 5
As uptake by shoot (ug pot-1 ) 0 42 day water extractable As(III) (ug L-1)
0 1000 2000 3000 4000
As uptake by root (ug pot-1 ) 0
另發現關渡平原土壤生長之水稻，其根部於75℃下烘乾 48 小時後，根部表面呈深 紅色，在平鎮系、太康系和將軍系的土壤所生長的水稻根部皆無此現象，推測此 為關渡平原土壤溶液中高含量的二價鐵因水稻根部呼吸作用進而造成根部氧化形 成鐵氧化物，並吸附在根部表面形成的鐵膜(iron plaque)（圖三十五）。因此推測關 渡土壤植體根部總砷量較高的可能原因為鐵膜吸附砷，而將砷固定在植體根部表 面的鐵膜上。另一可能原因為水稻在高鐵含量逆境下，水稻植體本身為防止因吸 收過多的Fe2+導致植體细胞受毒害，因此水稻植體會將磷由地上部移動至根部將 Fe2+固定。而因As(Ⅴ)與磷酸化性相似，植體會將 As(Ⅴ)當作磷酸而吸收進入植 體，As(Ⅴ)在根部內與吸收的 Fe2+形成沉澱，導致砷或鐵不易被運輸至地上部。
圖三十五、平鎮、太康、將軍和關渡平原(Gd3)土壤之水稻根部照片。
Figure 35.The picture of roots of paddy rice growing in Pc, Tk, Cf, Gd3 soils.