砷在土壤中的轉(zhuǎn)化及其生物效應(yīng).pdf

1、本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外砷污染研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，采用根箱盆栽兩種土培試驗(yàn)和室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，以冬小麥(華麥9號(hào))、油菜(中油雜2號(hào))為供試材料，研究土壤對(duì)砷的吸附解吸、砷在土壤中的存在形態(tài)、砷的氣態(tài)損失、砷在植物中的積累與分布以及土壤生物學(xué)過(guò)程。主要獲得結(jié)果如下： 1．采用根箱土培試驗(yàn)以及平衡法研究冬小麥和油菜根際與非根際土壤對(duì)砷的吸附-解吸特性。結(jié)果表明隨著外源加入砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，土壤對(duì)砷的吸附量逐漸增大，吸附率下降；土

2、壤對(duì)As<'5+>的吸附大于As<'3+>，外源砷濃度低時(shí)根際土與非根際土對(duì)砷的吸附差異不大，高于80 mg·kg<'-1>時(shí)差異明顯，根際土壤吸附量高于非根際土壤。對(duì)砷的解吸量隨著土壤對(duì)砷吸附量的增加而增加，解吸率下降；土壤對(duì)As<'3+>的解吸量大于As<,5+>。 2．采用根箱土培試驗(yàn)和連續(xù)形態(tài)分析方法研究根際土壤中砷形態(tài)轉(zhuǎn)化。結(jié)果表明，隨著砷添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，土壤中砷的形態(tài)發(fā)生了由殘?jiān)鼞B(tài)向交換態(tài)、鐵、鈣、鋁結(jié)合態(tài)的轉(zhuǎn)化

3、，使砷的生物有效性提高，對(duì)環(huán)境的潛在危害性增大。 3.采用根箱與盆栽試驗(yàn)研究了不同施砷量對(duì)冬小麥和油菜砷吸收、積累和分布的影響，結(jié)果表明，土壤中施砷可增加冬小麥和油菜對(duì)砷的吸收，提高其富集系數(shù)，導(dǎo)致地上部、地下部砷的積累，且隨著土壤中施砷量的增加而提高，但施砷可降低冬小麥和油菜的位移系數(shù)，即降低由地下部向地上部運(yùn)輸砷的質(zhì)量比。砷能分布在冬小麥和油菜的各個(gè)部位，在冬小麥和油菜各器官中的分布規(guī)律為：根>地上部>籽粒。土壤中砷總質(zhì)量分

4、數(shù)及各形態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(殘?jiān)鼞B(tài)除外)與冬小麥、油菜根、莖葉中砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)性，而與鮮質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)性；當(dāng)w(As<'5+>>60 mg·kg<'-1>；As<'3+>20mg·kg<'-1>)添加量時(shí)，小麥鮮質(zhì)量明顯下降；當(dāng)w(As<'5+>>80 mg·kg<'-1>；As<'3+>>40 mg·kg<'-1>)添加量時(shí)，油菜鮮質(zhì)量明顯下降。 4．微生物的作用可以使土壤中砷轉(zhuǎn)化為氣態(tài)砷化物而揮發(fā)到大氣中。研究了不同環(huán)境條件對(duì)砷污

5、染土壤生物揮發(fā)的影響，結(jié)果表明：土壤中砷的含量越高，生物揮發(fā)的速率越大；土壤含水量也能影響生物揮發(fā)的速率，含水量過(guò)高或過(guò)低都會(huì)降低土壤中砷的生物揮發(fā)速率；同時(shí)，砷的生物揮發(fā)速率也受到環(huán)境溫度的影響：兩作物(冬小麥、油菜)對(duì)砷生物揮發(fā)無(wú)明顯影響。 5．采用根箱法進(jìn)行土培試驗(yàn)，研究了冬小麥、油菜兩種作物根際土壤中添加不同濃度的砷后，外源砷總量對(duì)5種土壤酶(脲酶、過(guò)氧化氫酶、中性磷酸酶、脫氫酶、多酚氧化酶)活性的影響，以及不同植物根際

6、土壤中砷的化學(xué)形態(tài)特征及其與土壤酶活性的關(guān)系，結(jié)果表明，對(duì)于脲酶活性As<'5+>處理濃度在0～160 mg·kg<'-1>時(shí)土壤脲酶活性表現(xiàn)為激活作用，在240 mg·kg<'-1>時(shí)脲酶活性降低，As<'3+>處理濃度為0～80 mg·kg<'-1>時(shí)土壤脲酶活性表現(xiàn)為激活作用，大于80 mg·kg<'-1>時(shí)脲酶活性降低，在相同砷濃度處理下，冬小麥根際土土壤脲酶活性高于油菜根際土。砷污染對(duì)土壤多酚氧化酶、脫氫酶活性均表現(xiàn)為抑制作用

7、，隨砷處理濃度升高其活性下降。五價(jià)砷處理土壤酶活性高于三價(jià)砷處理。與土壤砷含量顯著負(fù)相關(guān)。五價(jià)砷濃度在0～80 mg·kg<'-1>時(shí)對(duì)土壤中性磷酸酶活性表現(xiàn)為激活作用，大于80 mg·kg<'-1>時(shí)開(kāi)始抑制其活性；三價(jià)砷處理對(duì)土壤中性磷酸酶活性均表現(xiàn)為抑制作用。砷污染對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性均表現(xiàn)為激活作用，土壤過(guò)氧化氫酶活性隨砷濃度的升高而顯著升高，與土壤砷含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。 6．土壤微生物量碳、土壤微生物量氮、基礎(chǔ)呼吸作用

8、、土壤代謝商是表征土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，并且與土壤本身的理化性質(zhì)有關(guān)。脫氫酶活性是土壤微生物種群及其活性的重要敏感性指標(biāo)之一。通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)，研究了冬小麥、油菜種植條件下外源砷不同添加水平(0～240 mg·kg<'-1>)對(duì)這兩種作物根際土壤的微生物生物量碳及土壤基礎(chǔ)呼吸作用、土壤代謝商、土壤脫氫酶的影響。研究表明隨培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)，土壤生物量碳、氮呈下降趨勢(shì)，基礎(chǔ)呼吸作用隨砷濃度升高而加強(qiáng)。土壤代謝商隨培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)變化趨勢(shì)不同。外源砷脅迫下

9、土壤脫氫酶活性隨砷處理濃度升高明顯受抑制。相關(guān)分析表明，土壤砷含量與土壤微生物生物量碳、氮、脫氫酶在不同培養(yǎng)時(shí)期相關(guān)性不同。土壤微生物生物量碳、土壤微生物量氮、微生物商與土壤中有效態(tài)砷含量呈極顯著負(fù)相關(guān)性。 7．在實(shí)驗(yàn)室條件下，用傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)法，研究了不同濃度的外源重金屬砷對(duì)冬小麥、油菜土壤微生物區(qū)系及主要生理類群的影響。結(jié)果表明，砷對(duì)冬小麥、油菜土壤微生物數(shù)量的變化隨外源砷濃度的增加而減少。好氧微生物中以放線菌所受抑制最大