腐殖酸對砷在土壤中的形態(tài)轉(zhuǎn)化和生物有效性的影響研究.pdf

1、砷（As）作為一種典型的類重金屬污染物，其污染狀況日趨嚴(yán)重，As污染及其治理問題已經(jīng)受到廣泛關(guān)注。土壤As的環(huán)境危害不僅與其總量有關(guān)，更與其在土壤中的形態(tài)分布密切相關(guān)。腐殖酸（HAs）是有機(jī)肥及土壤有機(jī)質(zhì)的主要成分，其中的胡敏酸（HA）和富里酸（FA）是影響土壤重金屬形態(tài)和活性的關(guān)鍵活性組分，它們可通過復(fù)雜機(jī)制對土壤As的吸附解吸和形態(tài)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響土壤As的生物有效性。土壤重金屬不僅可以通過食物鏈產(chǎn)生危害，還可以通過直接暴露的

2、方式對人體產(chǎn)生直接危害。本研究通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，從腐殖酸影響土壤As的環(huán)境行為（吸附解吸、形態(tài)轉(zhuǎn)化）著手，探討了腐殖酸活性組分含量和比例（HA/FA比）對陰離子形態(tài)的As在土壤中生物有效性（植物有效性和動物生物可給性）的影響，揭示土壤As生物有效性與As賦存形態(tài)的關(guān)系，為土壤As生物活性調(diào)控及含腐殖酸類有機(jī)物在As污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　　腐殖酸對土壤As的吸附-解吸的影響與其種類、含量和活性組分比

3、例具有密切聯(lián)系。Langmuir方程能很好地擬合HAs影響下土壤對As的等溫吸附，擬合相關(guān)系數(shù)（ R2）在0.971~0.996之間。HAs兩種活性組分中，HA能促進(jìn)土壤對As的吸附，增加土壤As的最大吸附量，且隨著HA添加量的增加，最大吸附量逐漸增大，當(dāng)HA添加量最高（5％C）時，最大吸附量為2162.29 mg·kg-1，是對照組（1052.95 mg·kg-1）的2倍；FA則能抑制土壤對As的吸附，降低土壤As的最大吸附量，F(xiàn)A添

4、加量為5%C時最低，比對照降低了31.59%。等碳量HAs（1%）條件下，當(dāng)HA/FA比≥5/5時增加了土壤As的吸附，HA/FA比≤3/7時降低了土壤As的吸附。同時HA處理土壤所吸附的As較對照更難以解吸，且隨著HA添加量的增加，解吸率逐漸減??；而FA促進(jìn)了土壤As的解吸，增加了土壤As的環(huán)境風(fēng)險；當(dāng)HAs中HA/FA比≤5/5時促進(jìn)呢土壤As的解吸，而HA/FA比≥7/3時則對As的固持作用增強(qiáng)，土壤As的解吸率降低。從土壤砷的吸

5、附固定和解吸釋放的角度看，HA增加了土壤對砷的吸附同時抑制了土壤砷的釋放，有利于降低土壤砷的危害，而FA則抑制了土壤砷的吸附且促進(jìn)了土壤砷的解吸，增加了土壤砷的環(huán)境危害風(fēng)險。
　　外源As進(jìn)入土壤后迅速向各形態(tài)轉(zhuǎn)化分配，以前15天內(nèi)轉(zhuǎn)化最為劇烈，30天后基本趨于平衡并穩(wěn)定在一定水平。FA促進(jìn)交換態(tài)砷（Ex-As）和鈣型砷（Ca-As）向鐵型砷（Fe-As）、鋁型砷（Al-As）及殘?jiān)鼞B(tài)砷（Res-As）轉(zhuǎn)化，而HA促進(jìn)了外源As由

6、Ex-As、Ca-As、Al-As向Fe-As和Res-As轉(zhuǎn)化。外源As在土壤中的形態(tài)分配與腐殖酸活性組分的含量、比例和外源As添加量有關(guān)。FA和添加量≤1%C的HA增加了Ex-As的分配比例，F(xiàn)A添加量為1%C時Ex-As占比最高為6.29%，HA添加量≥3%C時則顯著降低了Ex-As的分配比例，5%C時Ex-As所占比例最低為1.20%；FA顯著促進(jìn)了土壤As由Al-As和Fe-As向Res-As轉(zhuǎn)化，且隨用量的增加作用增強(qiáng)，而H

7、A這種作用強(qiáng)度較弱。等量（1%C）條件下，當(dāng)HA/FA比為3/7時，HAs顯著增加了Ex-As的分配比例，當(dāng)HA/FA比為7/3時，Ex-As的比例最低為1.99%，不同HA/FA比的HAs均降低了Al-As和Fe-As的分配比例，顯著增加了Res-As的比例，HA/FA比為3/7時Al-As和Fe-As的分配比例最低分別為21.97%和42.73%，Res-As的比例最高為24.51%。
　　腐殖酸通過影響土壤中As的形態(tài)分配進(jìn)

8、而影響As的植物有效性和生物可給性。不同F(xiàn)A含量對土壤As的植物有效性影響不同，F(xiàn)A含量較低（≤3%C）時能增加土壤植物有效性As含量，F(xiàn)A含量較高（5%C）時則能夠降低土壤有效性As的含量。HA能夠顯著降低土壤中As的植物有效性，且HA含量越高對土壤As的植物有效性的抑制效果越好。在等碳量（1%）情況下，不同HA/FA比的HAs均提高了土壤植物有效性As含量，隨著HA/FA比的增加，土壤植物有效性As含量逐漸降低。多元回歸分析表明，土

9、壤中Ex-As和Ca-As對土壤As的植物有效性具有顯著影響，單位Ex-As對植物有效性As的貢獻(xiàn)比Ca-As大。
　　FA增加了土壤As在胃和小腸階段的生物可給性，隨著FA添加量的增加土壤As胃階段的生物可給性先增加后逐漸降低，在添加量為1%C時達(dá)到最高，小腸階段的生物可給性逐漸增加。HA對土壤As在胃和小腸階段生物可給性的作用效果與FA不同，在胃階段，PBET方法中當(dāng)HA含量＞1%C時，能降低土壤砷的生物可給性，最低為24.7

10、8%；在小腸階段，IVG方法中HA增加了土壤砷的生物可給性，而在PBET方法中當(dāng)HA含量＞0.5%C能降低土壤砷的生物可給性。在等碳量（1%）條件下，不同HA/FA比的HAs均提高了土壤As的胃和小腸階段生物可給性。與植物有效性相同，對土壤As生物可給性影響顯著的是Ex-As和Ca-As。腐殖酸影響下土壤砷的生物可給性與植物有效性具有顯著相關(guān)性。在用含腐殖酸的有機(jī)物料修復(fù)As污染土壤時要充分考慮腐殖酸活性組分含量和比例，有效降低土壤Ex