異化鐵還原對土壤中砷形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響.pdf

1、砷是自然界中廣泛存在的一種類金屬元素。不同形態(tài)砷的毒性差異很大，無機砷的毒性大于有機砷，無機砷的甲基化過程可以有效降低砷的毒性。農(nóng)業(yè)環(huán)境中的砷污染一直是一個亟待解決的問題，據(jù)報道，農(nóng)作物中的砷直接來自于土壤環(huán)境介質(zhì)。異化鐵還原是地球上最古老的呼吸方式之一，目前已被證實是微生物介導(dǎo)的酶促反應(yīng)。水稻土這種特殊厭氧還原環(huán)境為微生物驅(qū)動的鐵還原創(chuàng)造了適宜條件。砷的形態(tài)與其毒性大小密切相關(guān)，關(guān)于砷的形態(tài)研究也成為近年來的研究熱點。砷及其化合物易吸

2、附于鐵氧化物表面，異化鐵還原過程會導(dǎo)致土壤或沉積物中砷的溶解釋放和形態(tài)轉(zhuǎn)化。目前關(guān)于土壤介質(zhì)中異化鐵還原對砷的形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究比較少，基于此，本文的研究結(jié)果將為人們認(rèn)識土壤中砷、鐵之間的關(guān)系提供理論依據(jù)。主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1、通過添加不同濃度外源As3+或者As5+到土壤中淹水培養(yǎng)，用鄰菲羅啉法測定土壤懸液中Fe2+和Fe3+的含量。結(jié)果表明，不同形態(tài)砷均對土壤中異化鐵還原產(chǎn)生抑制作用，添加砷濃度越高，抑制作用越明顯，

3、隨著培養(yǎng)時間的增加，這種抑制作用會逐漸消失。說明在淹水培養(yǎng)過程中，砷化物的毒性抑制鐵還原微生物的生長，隨著培養(yǎng)時間增加，微生物的代謝解毒機制又使得抑制作用逐漸減弱。用Logistic方程能對二價鐵的生成量進(jìn)行很好地擬合，表明土壤中異化鐵還原是微生物介導(dǎo)的酶促反應(yīng)。
　　2、添加外源As3+或As5+到土壤中淹水培養(yǎng)，隨著培養(yǎng)時間增加，砷化物經(jīng)歷著先氧化后還原的過程，土壤中Fe2+的生成過程介導(dǎo)著砷形態(tài)的轉(zhuǎn)化。淹水培養(yǎng)含砷污染土壤，

4、土壤中As3+和As5+的比例逐漸增加并趨于平衡。培養(yǎng)過程中Eh值隨著培養(yǎng)時間的增加逐漸降低并趨于平衡，不同土壤的pH值在淹水培養(yǎng)過程中逐漸趨于中性。與此同時，土壤中Fe2+的生成量隨著培養(yǎng)時間的延長而逐漸增加并趨于平衡，表明土壤中Fe3+還原過程中伴隨著As5+還原。
　　3、通過添加不同濃度的硫酸鹽到土壤中淹水培養(yǎng)，在一定時間范圍內(nèi)，土壤中Fe2+的生成量隨著硫酸鹽濃度的增加而受到抑制，土壤氧化還原電位快速降低，土壤中As3+

5、和As5+趨于平衡的時間提前，結(jié)果表明硫酸鹽的添加會對土壤中異化鐵的還原存在著競爭抑制作用，加速砷的形態(tài)轉(zhuǎn)化。
　　4、通過外源添加不同種類的碳源到土壤中淹水培養(yǎng)，觀察不同處理間砷和鐵的形態(tài)轉(zhuǎn)化。結(jié)果表明在前期培養(yǎng)過程中，添加葡萄糖促進(jìn)鐵的還原，而添加乙酸鈉會抑制鐵的還原。隨著培養(yǎng)時間增加，無論有無添加碳源，F(xiàn)e2+最大累積量基本相同。與未添加碳源相比，培養(yǎng)前期添加葡萄糖和乙酸鈉在一定程度上抑制了As5+的還原，隨著培養(yǎng)時間的增加

6、，這種抑制作用逐漸消失?？赡茉蚴翘砑悠咸烟鞘沟猛寥乐谐霈F(xiàn)優(yōu)勢菌群而抑制了鐵的還原，而添加乙酸鈉使得土壤菌群得到很好的生長，抑制了異化鐵還原菌的生長，進(jìn)而對As5+還原產(chǎn)生影響。
　　5、利用含砷污染土壤在不同溫度條件下淹水培養(yǎng)，觀察不同溫度條件下異化鐵還原對砷的形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響。研究結(jié)果表明不同溫度對土壤中鐵的形態(tài)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生很大的影響。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度越高，F(xiàn)e2+的累積量就越大，進(jìn)而影響到土壤中As5+的還原，表明異化鐵還原