砷是世界卫生组织确定的高毒致癌物质,从上世纪初就开始受到科学家们的广泛关注。在农业生产中,砷主要是通过工业“三废”、农业利用等方式进入土壤,施用含砷的农药、化肥、有机肥等是土壤中砷的重要来源之一。砷进入土壤后,可被土壤胶体吸附固定,使其有效性降低。有机态砷进入土壤后,不仅被土壤吸附固定,也可在土壤微生物的作用下,并通过一系列的土壤过程,发生形态和价态的转化。农业生产与人类生活息息相关,研究不同形态砷在土壤中的转化及对植物砷有效性的影响,对提高农产品质量,预防设施土壤中砷含量超标等具有很重要的意义。本文通过对山东寿光设施菜地土壤调查、数据分析等,揭示高集约化耕作方式下土壤中砷的形态分布特征;通过盆栽试验,研究外源无机态和有机态砷进入土壤后,在土壤中的形态和价态转化及其对植物有效性的影响,通过本研究获得以下主要结果:1.设施土壤全砷和有效态砷含量均明显高于对照土壤(小麦地)。表层(0-20cm)和亚表层(20-40cm)土壤全砷含量分别是对照的1.19和1.23倍。有效态砷含量分别是对照的1.60和3.3倍。2.对设施土壤砷的形态分析结果表明,在四种形态砷中,有效态砷(AE-As)含量最低,在表层土壤(0-20cm)占全砷含量的1.65%,亚表层土壤(20-40cm)中占总砷的0.70%。设施土壤中四种形态砷含量均高于对照土壤,且随着设施年限的延长,土壤四种形态砷含量都有所增加。不同设施年限之间,土壤中四种形态砷含量均存在显著性差异,这说明随农药、化肥和有机肥等进入土壤中的砷,在土壤中有一定的累积,对土壤存在一定的安全隐患。3.在土壤中加入外源砷进行室内培养试验表明,随着外源砷浓度的增加,各形态含量都显著增加。各形态砷与土壤外源砷浓度间的相关系数均高达0.99以上。当外源砷为五价砷(As(v))时,随着培养时间的延长,有效态砷(AE-As)含量逐渐降低,且降低幅度随着外源砷添加浓度的增加而降低;铝型砷(Al-As)随着培养时间的增加,含量逐渐增加,但其增加幅度随着外源砷添加量的增加表现出先增加后降低的趋势,铁型砷(Fe-As)和钙型砷(Ca-As)含量增高幅度随着土壤外源砷添加量的增高而逐渐降低。添加二甲基砷(DMA)的土壤中,砷含量变化则没有规律性。DMA加入土壤半年后残留率很低,盆栽土壤6个水平10、15、30、50、70、90mg/kg,每水平4次重复,残留率在80%-90%之间的占58%,70%-80%之间的占21%。55%-70%之间占21%。4.第二季小油菜收获后,土壤中DMA已经完全转化,主要以As(V)为主,还有部分转化为As(Ⅲ)。通过对DMA在土壤中的恒温培养试验,结果表明:DMA进入土壤10d左右即发生了去甲基化反应,且随着培养时间的增加,DMA向As(V)转化的量越多,到40d时,30、50、70、90mg/kg四个水平下,DMA的转化率分别达到了19.32%、17.70%、15.73%、13.29%。5.外源砷加入土壤后,随着培养时间的延长,有效态砷(AE-As)百分含量是不断下降的趋势,且其下降量与外源砷添加量有关。砷在土壤中培养两周后,与一周时的有效态砷含量相比,平均下降1.28个百分点,而培养三周后,与两周相比,下降了0.27个百分点;四个月时的AE-As比着两个月时下降最高,百分含量平均下降了2.32个百分点。这说明培养四个月后土壤对砷的吸附固定仍在进行。土壤对砷的吸附固定是一个长期的复杂的过程。6.低浓度外源砷对小油菜出苗率和生物量有刺激作用,高浓度外源砷则对小油菜产生毒害,且毒性为:DMA>As(V)。土壤中有效态砷含量与两季小油菜As含量有较好的相关关系,且都达到了极显著水平。种植两季小油菜后,土壤中的AE-As、Al-As、Fe-As、Ca-As含量均下降。本研究的相关结果,在一定程度上揭示了土壤中砷的形态与价态转化的初步规律,以及形态、价态转换与植物有效性的相互关系,为进一步明确土壤中砷的转变动力学机制、植物对土壤中砷的吸收利用机制等提供有效参考。