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砷在土壤中的形态转化与环境行为在很大程度上影响它的生物有效性、生态风险及污染土壤的修复策略。本论文研究采集张士污灌区0-100 cm深的土壤负载砷,考察了磷酸盐解吸对砷的活化作用的影响,并通过添加硫酸盐与不添加硫酸盐两种体系对比,研究了厌氧条件下土著微生物对土壤中砷的形态转化、环境行为及其机理,考察了硫酸盐在此过程中的作用,运用土柱淋溶实验,初步探索了土壤环境中砷的释放与迁移行为,旨在为评价土壤砷污染的环境风险及建立污染修复方法提供依据。
研究结果表明,磷酸盐对土壤As具有一定的解吸作用,其解吸效率因土壤深度和载砷量而有所不同。一步解吸时,解吸率较低,均都在80%以下,最低可低于40%;三步解吸的解吸率均在73%以上,最高可达100%。
在张士污灌区的土壤中,土著微生物的作用强烈的影响着土壤中砷的赋存形态。厌氧微生物作用下体系中的砷逐渐由水溶态、吸附态和盐酸可提取态转化为与结晶态铁氧化物结合或残渣态的砷等更稳定的形态。其中,其中吸附态As(T)的减少量最大,为17.73 mg/kg,还原剂提取的与结晶态铁氧化物结合的砷和残渣态砷分别增加了6.27 mg/kg和9.02 mg/kg。尤其是硫酸盐的加入可影响微生物驱动的砷形态转化过程中砷在不同形态间的分配,并进一步促进砷的固持。
土著微生物对砷的赋存形态与环境行为具有双重的调控作用,在微生物作用下伴随砷的形态转化,土壤中的砷首先经历还原、活化、释放等环境行为,最终以较稳定的形态再次被固定。不添加外源硫时,在培养24 h时As(Ⅲ)和As(T)的释放量最大,分别可达到656.6~μg/L和766.5μg/L,培养522 h时,液相中As(Ⅲ)和As(T)分别降低了337.1μg/L和435.0μg/L。盐酸可提取形态的As(III)增加了约2.7 mg/kg,As(T)减少了约6.2 mg/kg。其中涉及微生物对铁、砷、硫的还原过程,造成砷的活化和释放,而硫酸盐还原产生的硫离子又可以同时促进砷的固持,其中包括两种机理:铁的硫化物对砷的吸附、包裹和共沉淀作用,以及硫离子直接与还原的亚砷酸盐产生砷的硫化物沉淀。
土柱淋溶实验表明,土著微生物作用下砷的还原、释放以及固定等环境行为是个复杂的动态过程,即微生物作用下砷在释放的同时也被一些物理化学和生物的作用固定起来,当释放的速率大于固定作用时,体系中溶解态的As会不断增加,反之则不断降低。