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磷和砷都是与环境有关的和倍受人们关注的重要化学元素，磷是植物必需营养元素，也是引起地表水富营养化的主要因子。而砷是一种有毒元素，即使在低浓度时依然会对人及其它生物造成毒害。近年来砷的毒害问题受到了人们的广泛关注，一是因为它是致癌物，二是在某些地区的地下水和地表水中存在高浓度砷。磷和砷都是化学元素周期表第五主族元素，化学性质有许多相似之处，如它们对质子有很高的亲和力，原子核和外层电子的结构相似，磷酸根和砷酸根都能被土壤和金属氧化物强烈吸附。反过来，土壤的性质对它们的化学行为和生物有效性也有着强烈的影响。
本文选择我国南方几种代表性的可变电荷土壤，研究了砷酸根、亚砷酸根和磷酸根在土壤/溶液界面的化学反应。主要研究结果总结如下：
土壤中的氧化锰能将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ)，As(Ⅲ)的氧化量与土壤易还性锰呈正相关，在pH3～7范围内As(Ⅲ)的氧化量随体系pH的增加而减小。用1.0mol L-1的KNO3对吸附性砷进行解吸的结果表明，砷的解吸率在35％以下，说明大部分砷通过形成内圈型表面络合物为土壤所吸附。在pH2～7范围内，砷的解吸率随吸附体系pH的升高而增加，说明较高pH下形成外圈型表面络合物的比例增加。
在pH3～7范围内，As(Ⅲ)的吸附量随pH的升高而增加，三种土壤对As(Ⅲ)吸附能力的大小顺序为广东砖红壤＞贵州黄壤＞江西红壤。红壤和砖红壤对As(Ⅴ)的吸附量随pH的升高而降低，黄壤中呈相反的变化趋势，三种土壤对As(Ⅴ)吸附能力的大小顺序是黄壤＞砖红壤.＞红壤。三种可变电荷土壤对As(Ⅴ)的吸附能力比对As(Ⅲ)大得多，砷的吸附量既与土壤游离氧化铁的含量有关，又与氧化铁的结晶形态有密切联系，由于黄壤中水化氧化铁在游离铁中所占比例较高，它对As(Ⅴ)吸附能力比砖红壤和红壤大。As(Ⅲ)与As(Ⅴ)共存体系的研究结果表明，2种形态的砷可以竞争可变电荷土壤表面的吸附位，但在酸性条件下As(Ⅴ)比As(Ⅲ)有更强的竞争能力， As(Ⅴ)使土壤对As(Ⅲ)的吸附量显著减小，而As(Ⅲ)对红壤和砖红壤吸附As(Ⅴ)的影响较小，对黄壤中As(Ⅴ)的吸附几乎没有影响。
研究了砷在可变电荷土壤表面吸附对土壤胶体Zeta电位的影响及砷酸根吸附过程中羟基释放特征，并据此探讨砷酸根的吸附机制。在酸性条件下土壤胶体吸附砷酸根后，土壤表面负电荷增加，Zeta电位下降。这说明砷酸根在土壤颗粒表面发生了专性吸附，吸附的砷酸根离子进入了土壤胶体双电层的紧密层中。亚砷酸根吸附对土壤胶体Zeta电位的影响很小，说明它在土壤颗粒表面主要通过形成外圈型表面络合物而发生非专性吸附。砷酸根在土壤表面吸附过程中有羟基释放，说明砷酸根与表面羟基发生了配位交换反应。羟基释放量随砷酸根加入量的增加和pH的升高而增加。动力学结果表明：砷酸根吸附量和羟基释放量随时间具有相似的变化趋势，在开始的20分钟内2者均随时间迅速增加，随后变化较小。羟基释放量与砷酸根吸附量的摩尔比也随反应时间的增加而增加，说明羟基释放反应滞后于砷酸根吸附反应。土壤体系中羟基释放量与砷酸根吸附量的摩尔比小于针铁矿体系的，说明除铁铝氧化物外，土壤的其它固相组分也参与了对砷的吸附反应。
用一次平衡法研究了pH和离子强度对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)在可变电荷土壤表面吸附的影响。结果表明，在高pH时，As(Ⅲ)吸附量随离子强度的增加而增大，而低pH时，As(Ⅲ)吸附量随离子强度的增加而减小，这暗示了As(Ⅲ)在低pH时主要与土壤形成外圈型表面络合物。不同离子强度下As(Ⅴ)吸附量随pH的变化曲线相交于一点，当pH高于此交点时，吸附量随pH的增加而增加，当pH低于此交点时情况相反。进贤红壤的交点pH为3.6，徐闻砖红壤交于pH4.5，这与土壤的盐效应零点(PZSE)相近。土壤中As(Ⅴ)吸附随pH和离子强度变化的趋势可以用Bowden等提出的四层模型来解释，动电电位的测定结果显示，当pH高于PSZE时，随离子强度增加，吸附面的电位增加，pH低于PSZE时，离子强度增加，吸附面电位降低。按四层模型假说，在中性盐作用时土壤表面的电位与吸附面的电位变化是相反的，吸附面上的电位决定了体系离子强度对As(Ⅴ)吸附的影响。Zeta电位的测定结果为四层模型假说提供了证据。
通过一次平衡法和土柱淋溶法实验证明，可变电荷土壤对磷有很强的吸附能力，其吸附能力大小主要受土壤所含的铁铝氧化物量的影响，可变电荷土壤，特别是富含铁铝氧化物的土壤，可以作为水体中去除磷的吸附剂。土柱淋溶吸附量与短期理论计算的吸附量对比，证明长时间的作用，土壤对磷的吸附能力有明显的增加。
土壤吸附磷后，负电荷增加，动电电位与等电点降低，且吸附量越大，动电电位降低越多。磷加入越多，羟基释放越多，且达到反应平衡所需时间越长。pH对羟基释放的影响因土壤不同而不同。两个土壤羟基释放量与磷吸附量的摩尔比值在0.47～0.63之间，低磷加入量时比值更大，说明随磷加入量增加土壤对磷的吸附机理发生了相应的变化。离子强度对磷酸根吸附影响的结果与砷酸根相似，高pH时随着离子强度增加磷的吸附量增加，低pH时呈相反的变化趋势。按四层模型理论，这是中性盐影响到了吸附面的电位造成的。研究发现：较高pH时，K+对磷酸根在可变电荷土壤表面吸附的促进作用大于Na+，这是因为土壤表面对K+的吸附亲和力大于Na+，所以相同离子强度下K+对吸附面上电位的影响程度大于Na+。这一结果也从另一个侧面进一步证明Bowden和Borrow提出的四层模型中核心假设的正确性。