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近年来,由于我国工业、农业和畜牧业的快速发展,大量的砷进入农田,造成了严重的土壤砷污染。砷污染土壤植物修复技术具有经济、环保的特点,特别适合大规模砷污染土壤的修复治理,被广泛应用于修复生产实际应用。蜈蚣草(Pteris vittata L.)是砷的超富集植物,但实际中砷污染土壤中的砷活性较低,加上蜈蚣草生长缓慢、生物量低,蜈蚣草修复土壤砷污染的效率有待提高。本研究选择两种不同类型的土壤(棕红壤,湖北省大冶市角田村;黄棕壤,湖北省荆门市虎山村)和45种活化剂材料,通过活化剂土壤砷浸提去除试验和土壤恒温恒湿培养试验,筛选出能高效提升土壤砷生物有效性的活化剂,并用蜈蚣草土壤盆栽试验研究活化剂对土壤砷活化及提高砷污染修复的效果。主要研究结果如下:1.采用水溶液浸提土壤砷批量试验,研究了45种材料对角田土和虎山土砷的浸提效果。结果表明,植酸、偏磷酸、草酸、磷酸、氨基三乙酸(NTA)等五种材料对两种土壤的浸提效果较好,浸提率为19%-48%(角田土)、66%-87%(虎山土);其次是植酸钠、硅酸类材料、磷酸二氢钠、焦磷酸钠、柠檬酸,浸提率为13%-18%(角田土)、33%-56%(虎山土)。其中,植酸和草酸对角田土和虎山土的砷浸提效果最好,浸提率分别为48%和37%、87%和84%。2.根据土壤溶液浸提试验结果,综合考虑材料的理化性质和农学性质,选用碱性活化剂材料(硅酸类材料、碳酸钠、生物炭)、螯合剂类活化剂材料(NTA、植酸、草酸、柠檬酸)及磷酸类活化剂材料(焦磷酸、偏磷酸、磷酸二氢钠)等10种活化剂,在实验室进行了为期90天的土壤恒温恒湿培养试验,以探讨活化剂对土壤砷活化的动态效果。结果表明,角田土活化剂处理的最高有效态砷浓度以碳酸钠、磷酸二氢钠和植酸最高,较原始土壤提高了269%、209%和141%,其次是偏磷酸、焦磷酸和草酸,提高了119%、112%和102%,生物炭、硅酸类材料、柠檬酸和NTA对有效态砷的提高效果较低,为76%-98%;虎山土活化剂处理的最高有效态砷浓度以碳酸钠、NTA和硅酸类材料最高,较原始土壤提高了327%、256%和194%,其次是柠檬酸、草酸和生物炭,提高了179%、149%和131%,植酸、焦磷酸、磷酸二氢钠和偏磷酸对有效态砷的提高效果较低,为103%-119%。碳酸钠对两种土壤砷的活化效果均较好。3.采用土壤恒温恒湿培养试验,研究了不同活化剂对土壤砷形态转化的影响。结果表明,角田土添加生物炭、草酸和NTA能持续的降低O-As含量提高Al-As和FeAs含量,硅酸类材料、碳酸钠、植酸、柠檬酸、偏磷酸、焦磷酸和磷酸二氢钠处理20天时能降低O-As含量,提高土壤中生物可利用态砷含量,而90天时生物可利用态砷含量降低。虎山土添加中高浓度(0.5%、1%和2%)活化剂处理均能降低土壤中Ca-As含量,提高A-As和Al-As含量,其中NTA、碳酸钠、硅酸类材料活化效果最好,磷酸二氢钠、焦磷酸、偏磷酸效果次之,植酸、柠檬酸、草酸、生物炭效果较差。4.采用土壤恒温恒湿培养试验,研究了不同活化剂对土壤pH值的影响,结果表明,碱性活化剂材料均能提高两种土壤pH,并且活化剂对虎山土pH的影响大于角田土,碳酸钠对pH的提高效果最好,生物炭最差。螯合剂类活化剂材料能降低土壤pH,对角田土pH的影响大于虎山土。磷酸类活化剂材料,焦磷酸和偏磷酸处理能降低两种土壤pH,并且对角田土pH的影响大于虎山土,磷酸二氢钠处理后,土壤pH与CK差异不大。5.选用硅酸类材料、草酸、植酸、黄腐酸和焦磷酸五种活化剂,进行蜈蚣草盆栽试验。结果表明,0.25 g/kg硅酸类材料处理蜈蚣草砷修复效率最高,两次取样地上部生物量较CK分别提高了145%和173%,砷吸收量分别提高了174%和128%,修复效率分别提高了10%和8%,同时硅酸类材料处理可以提高蜈蚣草叶片光合作用和抗氧化物酶活性,改良土壤pH,促进土壤O-As向Al-As和Fe-As转化,活化土壤中砷。不同活化剂提高蜈蚣草修复效率排序为:硅酸类材料>草酸>焦磷酸>植酸>黄腐酸。6.采用水培试验,对砷胁迫条件下,砷敏感型植物波士顿蕨(P.nervosa Thunb.),砷超富集植物大叶井口边草(Nephrolepis exaltata L.)和蜈蚣草的根系分泌物和叶片中有机酸类型开展研究。结果表明,波士顿蕨根系分泌物中仅检测到了草酸,大叶井口边草中检测到了草酸和酒石酸,在蜈蚣草中检测到了草酸,酒石酸仅在50 mg/kg砷胁迫条件下被检测到。波士顿蕨叶片水提取物中检测到的有机酸为草酸和乙酸;在大叶井口边草和蜈蚣草叶片水提取物中检测到的有机酸为草酸、乙酸、苹果酸和柠檬酸。