P、Fe及水分对土壤砷有效性和小麦砷吸收的影响

为探讨外源调控措施对土壤中砷的结合状态和植物砷吸收的影响,利用室内盆栽试验,研究了外源添加不同的磷酸盐、FeCl_3和不同水分条件下土壤中砷的有效性和小麦砷吸收的变化。研究结果显示,加Fe能显著降低土壤pH值、土壤溶液中砷的含量及土壤中非专性吸附态和专性吸附态砷的含量,降低植物对砷的积累。施加不同形态磷酸盐后,土壤溶液中砷的浓度显著增加,其中以KH_2PO_4和Ca(H_2PO_4)_2处理条件下增加效果更明显。加磷处理也能显著增加小麦地上部砷含量,但对土壤不同提取态砷的含量影响不明显。不同土壤含水量并不能引起土壤pH的显著变化,饱和水处理时土壤溶液和土壤各提取态砷的含量略高于干湿交替处理。小麦地上部分砷的含量与土壤溶液砷浓度和土壤中专性吸附态砷含量分别呈极显著(P0.01)和显著(P0.05)正相关,而与无定形Fe-Al氧化物结合态和晶质Fe-Al氧化物结合态均呈显著负相关(P0.05)。小麦地上部生物量与专性吸附态和晶质Fe-Al氧化物结合态砷之间呈显著正相关(P0.05),与无定形Fe-Al氧化物结合态和残渣态砷含量之间呈显著负相关(P0.05),其中与无定形Fe-Al氧化物结合态砷含量的相关性达极显著水平(P0.01)。地上部砷含量和生物量之间呈极显著负相关(P0.01)。结果表明:不管是在加磷还是不加磷的条件下,FeCl_3均能显著降低土壤溶液中砷的含量和小麦对砷的吸收;三种磷酸盐处理显著增加了土壤溶液和小麦地上部砷的含量,小麦地上部对砷的积累在三种磷酸盐处理之间没有显著差异。     

水铁矿结构稳定性及对砷固定研究与展望

水铁矿是砷污染土壤和水体修复中最常用、最有效的钝化剂。水铁矿等铁氧化物对砷的赋存形态和生物有效性具有显著影响,并对环境中的砷具有很强的固定作用;但水铁矿在环境中容易转化,极大地影响了其对砷固定的效果。基于此,本文从水铁矿的结构及影响其稳定性因素的分析入手,综述了水铁矿与砷的交互作用,探讨其在修复砷污染土壤方面的可行性,旨在为利用水铁矿修复砷污染土壤提供理论依据。同时,从降低农田中砷有效性等角度,对砷污染农田修复和安全利用技术与方法等进行了讨论。     

秸秆还田和水分管理方式对土壤砷形态及水稻砷吸收的影响

为了解农艺措施对砷污染农田水稻安全生产的影响,设置了4种秸秆还田方式与4种水分管理方式的组合盆栽试验,探讨了不同秸秆还田与水分管理方式对土壤砷形态及水稻砷吸收的影响。结果表明:秸秆全量炭化还田有利于土壤pH值的提高,而秸秆全量还田与秸秆半量还田会导致水稻生长前期土壤pH值的下降;深水淹灌可显著降低土壤Eh值,增加土壤交换态砷、铝结合态砷和水溶性砷含量,从而提高水稻稻谷中砷的含量;薄水淹灌与干湿交替有利于土壤Eh值的提高,从而降低交换态砷和水溶性砷含量,提高As(Ⅴ)/As(Ⅲ)比值,降低稻谷中砷的积累;秸秆全量炭化还田有利于钙结合态砷的形成,轻微增加水稻的产量,其稻谷中砷含量明显低于秸秆全量还田和秸秆半量还田处理的。因此,秸秆全量炭化还田比秸秆全量还田更有利于砷污染农田水稻的安全生产。     

添加外源耐砷菌与零价铁对土壤砷有效性和形态的影响

采用室内土壤培养试验,探讨了外源添加耐砷真菌棘孢木霉（Trichoderma asperellum L.）和零价铁对土壤砷的有效性和形态转化的影响。结果表明：向污染土壤中添加耐砷真菌棘孢木霉后,随着培养时间的延长,土壤中水溶态砷和NaHCO3提取态砷含量均呈稳定增加趋势,耐砷真菌促进了土壤中砷的溶出和释放; 培养30 d时,耐砷菌处理土壤有效砷含量比同期对照增幅达3.9%~10.7%,水溶态砷以As（Ⅴ）为主,未检测到As（Ⅲ）、一甲基胂（MMA）、二甲基胂（DMA）等其他形态的砷;随着外源零价铁的加入,土壤中砷的活性大大降低,其有效砷含量降幅为76.5%~90.4%;在耐砷菌与零价铁联合作用下,相比于单纯的零价铁处理,土壤有效砷含量显著增加（P<0.05）,因耐砷真菌棘孢木霉的加入导致零价铁对土壤砷的固定效率下降7.0%~11.1%。耐砷菌导致土壤砷活化可能主要与残渣态向非专性吸附态砷的转化等过程有关,外源零价铁对土壤砷的固定作用可能与非专性吸附态向无定形及弱晶质氧化物结合态、残渣态砷等转化过程相关;耐砷菌的加入抵消了零价铁对土壤砷的部分固定效果,但短期内（<30 d）不会构成大的影响。     

水分管理方式对寒地稻田土壤钾的影响

通过室内模拟试验,研究干湿交替和长期淹水对黑龙江省广泛分布的四种类型水稻土钾淋洗损失和不同形态钾含量的影响。结果表明,不同类型水稻土钾淋洗量随干湿交替次数增加或淹水时间的延长而增加,除草甸土在干湿交替处理下钾淋洗量高于淹水处理外,其他三种土壤在连续淹水条件下的钾淋洗量均高于干湿交替处理,且白浆土黑土暗棕壤。与连续淹水相比,干湿交替有利于外源钾在表土层积累,同时促进黑土、白浆土和草甸土中缓效钾释放,但减弱暗棕壤中缓效钾的释放。因此,为提高土壤中有效钾供给量,减少钾的淋洗损失,白浆土型水稻土和黑土型水稻土宜采取干湿交替的水分管理方式,草甸土型水稻土和暗棕壤型水稻土可适当延长淹水时间。     

水分管理配施锰肥对牡蛎壳粉调控水稻镉吸收的影响

为研究水分管理配施锰肥对牡蛎壳粉调控水稻Cd吸收转运的效果,采用盆栽试验,在两种水分管理（持续淹水、干湿交替）条件下,分析了水稻抽穗前后牡蛎壳粉配施不同用量硫酸锰肥（0、50、100 mg·kg^-1）对根际土壤Cd、Mn形态及含量和水稻Cd、Mn含量分布以及水稻根系Cd吸收转运OsNramp5基因表达的影响。结果表明：单施牡蛎壳粉（OS处理）在两种水分条件下均显著降低了土壤有效态Cd和有效态Mn含量,在持续淹水条件下对糙米Cd含量没有显著影响,但在干湿交替条件下显著降低了糙米中Cd含量。在持续淹水条件下,与OS处理相比,牡蛎壳粉配施锰肥（OSMn处理）可使土壤有效态Mn含量显著增加5.4%~10.9%;OSMn处理根OsNramp5相对表达量上调85.6%~105.9%,促进了水稻对Cd的吸收;OSMn50处理铁膜、根和秸秆中Cd含量分别增加了46.9%、52.9%、33.7%,但秸秆-糙米中Cd的转移系数降低了47.8%,糙米中Cd含量降低了30.0%,随着Mn肥添加量增加,OSMn100处理铁膜-根、秸秆-糙米中Cd的转移量分别增加了35.3%、23.9%,糙米中Cd含量增加了25.2%。在干湿交替条件下,随着Mn肥添加量增加,OSMn处理土壤有效态Mn、土壤无定形和游离态Mn氧化物含量显著增加,而土壤有效态Cd含量逐渐降低;与OS处理相比,OSMn50处理根OsNramp5的相对表达量增加了256.8%~322.8%,显著增加了水稻不同部位Mn含量,但对糙米和根中Cd含量没有显著影响;OSMn100处理秸秆-糙米中Cd的转移系数增加了38.9%,水稻糙米中Cd含量增加了15.3%。研究表明,在持续淹水条件下,牡蛎壳粉配施50 mg·kg^-1Mn肥可进一步降低水稻糙米中Cd含量,但过量配施Mn肥会促进水稻籽粒中Cd的累积,与干湿交替相比,牡蛎壳粉配施Mn肥在持续淹水条件下能更有效地降低糙米Cd累积。     

骨炭/纳米铁对污染红壤中砷形态和有效性的影响研究

为探索不同材料(纳米铁、猪骨炭和牛骨炭)对砷污染土壤的钝化效果,从中筛选有效的砷污染土壤钝化剂,采用室内模拟培养的方法,研究了三种物质对两种不同砷含量红壤中砷化学形态及其有效性的影响。结果表明:添加纳米铁显著(P0.05)降低了两种红壤有效态砷含量,同时土壤pH显著降低,当培养试验结束时(84 d),在板页岩红壤和石灰岩红壤中有效态砷含量分别降低了10.5%、11.43%,pH则比同期对照各降低了0.18、0.23个单位,纳米铁对红壤砷的钝化作用与土壤非专性吸附态砷向残渣态砷等转化过程有关;猪骨炭的加入导致两种不同砷含量红壤中有效砷含量均不同程度的提高,板页岩红壤和石灰岩红壤增幅分别为16.21%、1.36%;牛骨炭的加入对中度污染(113.3 mg·kg-1)的石灰岩红壤表现出一定的固定性能,也可降低pH而改良碱性土壤,促进了该土壤中活性砷向残渣态砷的转化。将纳米铁用于钝化污染土壤中的活性砷,牛骨炭用于固定中度污染石灰岩发育的红壤中的砷,均具有一定的应用前景。     

外源水溶性镉在红壤中的迁移和形态转化

[目的]为污染土壤的控制和修复治理提供科学依据。[方法]采用实验室土柱法,研究外源水溶性镉在红壤中的迁移和形态转化。[结果]在非饱和水分条件下,外源水溶性镉进入红壤90 d后并未向15～30 cm土层迁移,而是集中在0～15 cm层次;外源水溶性镉进入红壤(0～15 cm)30 d后水溶态镉迅速向其他形态转化,其形态分布以交换态为主,其次为残渣态、铁锰氧化物态、水溶态、碳酸盐结合态、有机结合态。在其后的60 d内,外源Cd各形态的百分比随时间的变化幅度较小,其中交换态镉分别占总量的76.55%和72.31%。[结论]绝大部分外源Cd进入红壤90 d后未转化为相对稳定的形态,对土壤—植物系统的污染存在着潜在的危害。红壤对外源水溶性镉的吸附主要通过离子交换和络合作用。     

硅硫材料对复合污染土壤镉砷赋存形态的影响

为探究含硅含硫材料对极重度(矿区)镉砷复合污染土壤镉、砷形态动态变化的影响,以及轻、重度镉砷复合污染耕地土壤与淹水条件下含硅含硫材料对土壤镉、砷形态变化的影响,本试验采集三种不同污染程度土壤(极重度矿区污染土壤、重度污染耕地土壤、轻度污染耕地土壤),通过室内土壤培养的方法模拟施用含硅含硫材料,研究单一施用(G、S)、混合施用(GS)和混合施用结合淹水处理(GSI)对轻、重度耕地土壤镉砷赋存形态的影响,单一施用(G1、G2、S1、S2)、混合施用(GS1、GS2)以及不同施用浓度处理对极重度矿区污染土壤镉砷赋存形态的影响。结果表明:含硅、含硫材料均能降低矿区镉砷复合污染土壤中弱酸可溶态镉含量,降低幅度为6.42%～13.46%,残渣态含量上升幅度为89.84%～248.57%,显著降低土壤中镉的有效性,其中施用量高的含硅含硫材料处理(GS2)效果最为明显。硅硫材料各处理使土壤中残渣态砷上升了4.74%～13.98%,降低了土壤中砷的有效性,其中施用量低的含硅含硫材料处理(GS1)效果最为明显。硅硫材料对轻、重度污染土壤中弱酸可溶态镉含量均有降低,降低幅度为10.14%～29.93%,残渣态含量上升幅度为21.89%～60.8%,所有处理中含硅含硫材料结合淹水处理(GSI)效果最好,但砷在淹水处理下反而使残渣态分别下降了16.51%～23.96%。含硅含硫材料可降低三种类型土壤镉、砷生物有效性,含硅含硫材料混合处理优于单一处理,耕地土壤GSI处理降低土壤镉砷有效性效果最好。     

秸秆还田和水分管理方式对土壤砷形态及水稻砷吸收的影响

为了解农艺措施对砷污染农田水稻安全生产的影响,设置了4种秸秆还田方式与4种水分管理方式的组合盆栽试验,探讨了不同秸秆还田与水分管理方式对土壤砷形态及水稻砷吸收的影响。结果表明:秸秆全量炭化还田有利于土壤pH值的提高,而秸秆全量还田与秸秆半量还田会导致水稻生长前期土壤pH值的下降;深水淹灌可显著降低土壤Eh值,增加土壤交换态砷、铝结合态砷和水溶性砷含量,从而提高水稻稻谷中砷的含量;薄水淹灌与干湿交替有利于土壤Eh值的提高,从而降低交换态砷和水溶性砷含量,提高As(Ⅴ)/As(Ⅲ)比值,降低稻谷中砷的积累;秸秆全量炭化还田有利于钙结合态砷的形成,轻微增加水稻的产量,其稻谷中砷含量明显低于秸秆全量还田和秸秆半量还田处理的。因此,秸秆全量炭化还田比秸秆全量还田更有利于砷污染农田水稻的安全生产。     

Reduction of arsenic bioavailability by amending seven inorganic materials in arsenic contaminated soil

Seven inorganic amendment materials were added into arsenic(As) contaminated soil at a rate of 0.5%(w/w); the materials used were sepiolite, red mud, iron grit, phosphogypsum, ferrihydrite, iron phosphate, and layered double oxides(LDO). Plant growth trials using rape(edible rape, Brassia campestris L.) as a bio-indicator are commonly used to assess As bioavailability in soils. In this study, B. campestris was grown in a contaminated soil for 50 days. All of the inorganic amendments significantly inhibited the uptake of As by B. campestris. Following soil treatment with the seven aforementioned inorganic ammendments, the As concentrations in the edible parts of B. campestris were reduced by 28.6, 10.5, 8.7, 31.0, 47.4, 25.3, and 28.8%, respectively, as compared with the plants grown in control soil. The most effective amendment was ferrihydrite, which reduced As concentration in B. campestris from 1.84 to 0.97 mg kg–1, compared to control. Furthermore, ferrihydrite-treated soils had a remarkable decrease in both non-specifically sorbed As and available-As by 67 and 20%, respectively, comparing to control. Phosphogypsum was the most cost-effective amendment and it showed excellent performance in reducing the water soluble As in soils by 31% and inhibiting As uptake in B. campestris by 21% comparing to control. Additionally, obvious differences in As transfer rates were observed in the various amendments. The seven amendment materials used in this study all showed potential reduction of As bioavailability and influence on plant growth and other biological processes still need to be further explored in the long term.     

薄膜扩散梯度技术评价土壤砷生物有效性研究

【目的】探讨薄膜扩散梯度技术（Diffusive Gradients in Thin Films Technique, DGT）在表征土壤砷生物有效性方面的准确性与优势,为正确评价土壤砷污染风险提供新技术。【方法】采用盆栽试验研究DGT方法测定土壤砷有效浓度（CE）、土壤孔隙水中砷含量、NaHCO3提取态砷含量、NH4Cl提取态砷含量及土壤总砷含量与油菜体内吸收砷量之间的关系,并初步尝试利用DGT测定结果和DIFS（DGT Induced Fluxes in Sediments and Soils）模型对土壤中砷的迁移过程进行模拟。【结果】DGT测定土壤砷有效浓度（CE）与植物吸收砷量之间均存在极显著相关关系,决定系数（R2）为0.990,DIFS模型模拟结果表明砷生物有效性高的土壤,具有较高的解析速率（kb）和较短的特征响应时间（Tc）。【结论】 DGT能较准确地表征土壤砷生物有效性,并可根据DIFS模型计算出土壤中砷迁移动力学参数,有助于进一步阐释土壤中砷的生物有效性。     

蚯蚓/改性生物炭对As污染红壤的稳定化效应

以砷(As)污染红壤为研究对象,以耐污染能力强的赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)为土壤动物,采用生物学模拟试验方法,探讨了铈锰改性生物炭(Cerium-manganese modified biochar,MBC)与蚯蚓联合作用对As污染红壤的稳定化效应。结果表明:将蚯蚓接种于As污染红壤中,大幅降低了土壤中水溶态As(WSAs)含量和pH值;其中蚯蚓与MBC联合作用时钝化效应最为明显,60 d时,土壤中WSAs含量降低幅度为77.59%,同时pH值比对照同期降低0.84个单位,蚯蚓与MBC对土壤As表现为协同钝化作用;蚯蚓与MBC的联合作用,促进了土壤As结合形态由活性较强的非专性吸附态和专性吸附态向无定型/弱结晶水合铁铝氧化物结合态、结晶水合铁铝氧化物结合态和残渣态等稳定态的转化。因而,MBC与赤子爱胜蚓联合作用可使土壤中As的移动性和环境风险大幅降低,且蚯蚓的生存状况良好,其与MBC的联合作用可实现As污染土壤的修复。     

薄膜扩散梯度技术测定水体中砷及其影响因素研究

薄膜扩散梯度技术(Diffusive Gradients in Thin Films Technique,DGT)是近年来应用于水体、沉积物和土壤中的铜镉等重金属生物有效性研究的一种新技术.采用标准溶液培养方法研究了以氧化铁作为吸附剂的DGT测定水环境中无机砷含量的可行性,并探讨了待测介质的pH和As价态对DGT测定结...     

In vitro系统评价胃肠液pH及土液比对铅、镉、砷生物可给性的影响

土壤中铅、镉、砷可能直接通过人的口部无意摄入进入人体,危害人体健康,而各研究者评价土壤重金属对人体健康风险所用的实验参数有别,结果缺乏可比性,因此探讨不同评价方法对结果的影响具有重要意义。以污染的棕钙土和红壤为研究对象,应用in vitro方法研究分析胃肠阶段不同土液比、pH以及土壤性质对铅、镉、砷生物可给性的影响。结果表明,重金属的生物可给性与in vitro系统中的pH、土液比、土壤类型以及重金属本身有关。在胃阶段,随着土液比升高,3种重金属生物可给性趋于降低;不同土液比处理下,红壤中铅生物可给性大于棕钙土,而砷则相反,红壤和棕钙土中镉的生物可给性差异不明显。在肠阶段,随着土液比升高,3种重金属生物可给性也趋于降低(除了红壤镉以外),土液比1∶100的3种重金属生物可给性均显著大于1∶10。不同pH处理下,铅的生物可给性随pH的升高逐渐降低,而pH对镉和砷的生物可给性的影响与土液比有关。因此,肠胃实际吸收的重金属可能与摄入水量、食物成分与组成以及食物摄入引起的肠液pH变化有关。     

基于梯度薄膜扩散技术的广西环江流域桑田土壤中铅的生物有效性研究

梯度薄膜扩散技术(Diffusive gradients in thin-films,DGT)是一种原位连续环境采样和测量方法,自20世纪90年代中期被报道以来,一直以固态结合相采集和测量水体、沉积物和土壤中有效态重金属,目前液态结合相的DGT多应用于水体中金属离子的检测。分别采用固态结合相(chelex100)和改进的液态结合相(sodium polyacrylate,PAAS)的DGT装置,对广西桑田土壤中有效态Pb进行了累积和测定。简单分析结果表明,两种装置提取的土壤有效态Pb含量与桑树老叶和嫩叶中的Pb含量都呈极显著相关关系,改进的PAAS-DGT装置对土壤中有效态Pb的提取能力更强。融合土壤pH、阳离子交换量(CEC)、有机质(OM)和土壤颗粒组成等理化指标影响,运用多元统计分析,建立了逐步回归模型。多元统计分析表明,两种结合相的DGT技术所构建的回归模型是可靠的,其调整判定系数R2adj分别为0.87、0.89、0.96和0.95,且预测结果融合了影响土壤有效态Pb含量的pH、CEC、有机质和土壤质地等主要因素。研究结果表明两种结合相的DGT装置均能较好预测桑田土壤中Pb的生物有效性,拓展了DGT技术的应用范围。关键词:梯度扩散薄膜技术(DGT);聚丙烯酸钠(PAAS);铅(Pb);生物有效性;桑田;广西     

离子强度和磷酸盐对铁铝矿物及土壤吸附As（V）的影响

选用针铁矿、赤铁矿、水铁矿、水铝矿4种铁铝矿物以及性质差异较大的黑土、紫色土和红壤3种土壤,研究离子强度和磷酸盐对其吸附As(V)的影响。结果表明,在0.01、0.1、1mol.L-13种离子强度下,矿物和土壤对As(V)的吸附量无明显差异或随离子强度增大而增大,其对砷的吸附以专性吸附为主。磷酸盐对矿物和土壤吸附砷的影响与其添加顺序及摩尔浓度比有关。水铝矿和水铁矿在这3种添加顺序下的砷吸附量无明显差异,仅在P/As摩尔比较大时表现出下降趋势;而在针铁矿和赤铁矿两种矿物上,先添加砷时的砷吸附量高于先添加磷时或两者同时添加时,且砷吸附量随P/As摩尔比的增加而逐渐下降。在黑土、紫色土和红壤上,先添加砷比先添加磷或两者同时添加时的砷吸附量均要高,尤其是在紫色土上。随P/As摩尔比升高,土壤对砷的吸附量表现出下降趋势。     

有机酸对As(Ⅴ)在土壤中老化的影响

为了明确不同类型有机酸对土壤中砷释放及迁移转化等行为的影响,应用模拟试验方法,研究了添加乙酸、草酸、柠檬酸和腐植酸对砷在第四纪红壤中老化的影响。研究结果表明,在温度为25℃、湿度为最大田间持水量70%条件下,有机酸类型对砷在第四纪红壤中老化过程的影响不显著,但有机酸添加量对培养期间土壤有效态和结合态砷的含量具有显著影响。当乙酸的添加量为50、100 mg·kg~(-1)时,对As(Ⅴ)在土壤中的老化均有抑制作用;添加量达到200 mg·kg~(-1)时,对As(Ⅴ)的老化具有促进作用。而草酸和柠檬酸的添加量为50 mg·kg~(-1)时,对As(Ⅴ)的老化具有促进作用;添加量为100、200 mg·kg~(-1)时均抑制As(Ⅴ)的老化。腐植酸对外源砷在土壤中的老化具有抑制作用,且其对砷老化的影响远大于其他类型有机酸。当添加量在50~200 mg·kg~(-1)时,乙酸和草酸对土壤中专性吸附态砷含量有显著影响;添加量为50、100 mg·kg~(-1)时,柠檬酸和腐植酸对弱结晶水合铁铝氧化物结合态砷均有显著影响;添加量为200 mg·kg~(-1)时,乙酸、柠檬酸和腐植酸对结晶水合铁铝氧化物态砷影响显著。综上,在本试验条件下,As(Ⅴ)在第四纪红壤上老化不受有机酸类型的影响,而受有机酸添加量的影响。