砷是自然界中广泛存在的一种类金属元素。不同形态砷的毒性差异很大,无机砷的毒性大于有机砷,无机砷的甲基化过程可以有效降低砷的毒性。农业环境中的砷污染一直是一个亟待解决的问题,据报道,农作物中的砷直接来自于土壤环境介质。异化铁还原是地球上最古老的呼吸方式之一,目前已被证实是微生物介导的酶促反应。水稻土这种特殊厌氧还原环境为微生物驱动的铁还原创造了适宜条件。砷的形态与其毒性大小密切相关,关于砷的形态研究也成为近年来的研究热点。砷及其化合物易吸附于铁氧化物表面,异化铁还原过程会导致土壤或沉积物中砷的溶解释放和形态转化。目前关于土壤介质中异化铁还原对砷的形态转化的研究比较少,基于此,本文的研究结果将为人们认识土壤中砷、铁之间的关系提供理论依据。主要的研究内容和结果如下:1、通过添加不同浓度外源As³⁺或者As⁵⁺到土壤中淹水培养,用邻菲罗啉法测定土壤悬液中Fe2+和Fe3+的含量。结果表明,不同形态砷均对土壤中异化铁还原产生抑制作用,添加砷浓度越高,抑制作用越明显,随着培养时间的增加,这种抑制作用会逐渐消失。说明在淹水培养过程中,砷化物的毒性抑制铁还原微生物的生长,随着培养时间增加,微生物的代谢解毒机制又使得抑制作用逐渐减弱。用Logistic方程能对二价铁的生成量进行很好地拟合,表明土壤中异化铁还原是微生物介导的酶促反应。2、添加外源As³⁺或As⁵⁺到土壤中淹水培养,随着培养时间增加,砷化物经历着先氧化后还原的过程,土壤中Fe2+的生成过程介导着砷形态的转化。淹水培养含砷污染土壤,土壤中As³⁺和As⁵⁺的比例逐渐增加并趋于平衡。培养过程中Eh值随着培养时间的增加逐渐降低并趋于平衡,不同土壤的pH值在淹水培养过程中逐渐趋于中性。与此同时,土壤中Fe2+的生成量随着培养时间的延长而逐渐增加并趋于平衡,表明土壤中Fe3+还原过程中伴随着As⁵⁺还原。3、通过添加不同浓度的硫酸盐到土壤中淹水培养,在一定时间范围内,土壤中Fe2+的生成量随着硫酸盐浓度的增加而受到抑制,土壤氧化还原电位快速降低,土壤中As³⁺和As⁵⁺趋于平衡的时间提前,结果表明硫酸盐的添加会对土壤中异化铁的还原存在着竞争抑制作用,加速砷的形态转化。4、通过外源添加不同种类的碳源到土壤中淹水培养,观察不同处理间砷和铁的形态转化。结果表明在前期培养过程中,添加葡萄糖促进铁的还原,而添加乙酸钠会抑制铁的还原。随着培养时间增加,无论有无添加碳源,Fe2+最大累积量基本相同。与未添加碳源相比,培养前期添加葡萄糖和乙酸钠在一定程度上抑制了As⁵⁺的还原,随着培养时间的增加,这种抑制作用逐渐消失。可能原因是添加葡萄糖使得土壤中出现优势菌群而抑制了铁的还原,而添加乙酸钠使得土壤菌群得到很好的生长,抑制了异化铁还原菌的生长,进而对As⁵⁺还原产生影响。5、利用含砷污染土壤在不同温度条件下淹水培养,观察不同温度条件下异化铁还原对砷的形态转化的影响。研究结果表明不同温度对土壤中铁的形态转化产生很大的影响。在一定温度范围内,温度越高,Fe2+的累积量就越大,进而影响到土壤中As⁵⁺的还原,表明异化铁还原和砷的形态转化有着一定的相关性。