改良剂对土壤砷形态及其生物

1、改良剂对土壤砷形态及其生物第1页，共15页，2022年，5月20日，15点32分，星期三研究和实验目的实验要解决的主要问题研究现状分析土壤中砷的分析研究和实验的主要内容实验条件预期成果第2页，共15页，2022年，5月20日，15点32分，星期三研究和实验的目的由于人类活动的加强，砷污染已成为非常突出且急需要解决的全球环境问题之一。为了控制土壤中砷的释放和固定土壤中砷的生物有效性，本研究拟利用工业废弃物为改良剂，在对工业废弃物的生物毒性评价基础上，通过分析添加改良剂前后土壤基本性质的变化、土壤和植物中砷含量和形态的变化，寻求和建立改良剂修复砷污染土壤的最佳模式。项目的研究成果对于指导砷污染区的

2、农业可持续生产，保障居民的身体健康具有重要意义，并为工业废弃物资源化利用和原位固定修复土壤砷污染提供科学依据。 第3页，共15页，2022年，5月20日，15点32分，星期三实验要解决的主要问题由于采矿、冶炼、污泥农用、化肥、杀虫剂、防腐剂和医药试剂等的施用，以及利用受砷污染水灌溉等人类活动的加强，使得砷在土壤中大量的累积，土壤砷的累积将严重影响到我国农业的可持续生产和农产品出口贸易，威胁到我国农业在国际市场上的竞争力。因此，如何阻控土壤砷的释放或者降低土壤砷的生物有效性是控制砷污染风险的关键。 第4页，共15页，2022年，5月20日，15点32分，星期三研究现状分析砷是周期表中第四周期、第

3、五族元素，原子序数33，原子相对质量74.92159，在自然界中有着广泛的分布，地壳中砷的含量约为5.510-6%。砷在自然界中极少以单质状态存在，主要是以砷化合物如：雄黄（As2S2）、雌黄（As2S3）、硫砷铁矿（FeAsS）和砷钴矿（CoAs2）等方式存在。自然环境中空气、水体、土壤和动植物体内砷的含量很少。据报道，自然土壤中砷的背景值一般为5-10 mgkg-1（世界范围）。砷的污染主要来自矿山开采、含砷矿石冶炼、以砷为原料的化工生产、以及工农业中含砷化合物的使用等。据报道，孟加拉国、印度的西孟加拉邦、阿根廷和越南，由于地下水污染导致3900万以上的人受到不同程度的砷毒害，700万人受

4、到严重伤害；湖南素有“有色金属之乡”的美誉，在开采和冶炼含砷矿石的金属生产和以砷为原料的化工生产等的人为活动中，使得湖南砷毒土壤的含砷量是世界土壤的平均含砷量的8-544倍。 第5页，共15页，2022年，5月20日，15点32分，星期三土壤中砷形态分布不仅可以反映砷的转化情况，而且还反映土壤砷固着效果、污染状况及危害水平。根据砷的化学性质类似于磷，按Chang and Jackson的磷形态区分方法，把土壤中砷分为五种形态：易溶性砷(A-As)、钙型砷(Ca-As)、铝型砷(A1-As)、铁型砷(Fe-As)和残余型砷(O-As)。一般而言，易溶态砷、松散结合态砷有效性高，易被植物吸收或转化

5、为水溶性砷，因而危害较大；钙型砷、铁氧化物和包蔽态砷危害性较低，不易被生物吸收和进入水体。针对砷的这一特点，可以向土壤添加含钙、铁、铝和锰等丰富的废弃物固定砷的活性和施用磷肥促进砷向深层迁移，减少其对生物的危害性。很多含有铁的化合物都对固定As有较好的效果。已有报道证明硫酸亚铁对降低土壤中As的移动性和生物有效性非常有效。铝氧化物和锰氧化物对As的固定，并没有像对铁氧化物的固定作用那样进行透彻的研究。跟人工合成的FeOOH(对As的固定效率几乎达到100%)相似，人工合成Al(OH)3对As的固定效果也很高，并且都要比自然形成的羟基铁氧化物和粘土矿物的固定效率要高。锰氧化物也可以吸附大量的As

6、，在与铁氧化物一起使用时，可以显著的降低土壤中As的移动性和毒性。常用的改良剂有工业废弃物，如粉煤渣、生物燃料飞灰、剩余污泥和造纸产生的污泥、石膏粉和含有生石灰的工业副产、以及铁铝工业的废弃物（赤泥）。第6页，共15页，2022年，5月20日，15点32分，星期三土壤中砷的危害土壤中的污染物超过植物的忍耐限度，会引起植物的吸收和代谢失调；一些污染物在植物体内残留，会影响植物的生长发育，甚至导致遗传变异。土壤污染破坏植物根系的正常吸收和代谢功能，通常同植物体内酶系统作用过程有关。铜已被公认为是植物生长发育所必需的微量元素。在 . .维诺格拉多夫的生物地球化学分类表中，铜和锌、锰、硼、钼等元素列在

7、一起，在植物体内平均含量为10(10(。铜在生物中参与酪氨酸酶生理、生化作用过程。如果土壤中有效态铜含量小于613ppm,植物的光合作用就显著衰退,氮的代谢过程也受到影响；如果过量，铜被植物根系吸收后形成稳定的络合物，就会破坏植物根系正常代谢功能，引起植物的生育障碍 第7页，共15页，2022年，5月20日，15点32分，星期三不同剂量的砷污染土壤对水稻生长发育的影响由下图可知,土壤中的砷含量越多,水稻的长势越差.第8页，共15页，2022年，5月20日，15点32分，星期三阳宗海砷污染锦业公司使含砷生产废水在整个厂区内外环境循环，以地下渗透、地表径流方式进入阳宗海，导致阳宗海水砷浓度自200

8、7年9月开始上升，至2008年7月砷浓度值超过V类水质标准，从II类下降到劣于V类，导致饮用、水产品养殖等功能丧失，公私财产遭受特别重大损失。 第9页，共15页，2022年，5月20日，15点32分，星期三研究和实验的主要内容土壤改良剂的筛选。分别研究赤泥、锰矿尾渣和铁矿尾渣对土壤砷形态转变的影响。1）测定土壤砷含量和基本性质；2）测定改良剂中砷以及基本性质；3）加入改良剂后，再次分析土壤砷和基本性质的变化。第10页，共15页，2022年，5月20日，15点32分，星期三研究赤泥、锰矿尾渣和铁矿尾渣对土壤砷生物有效性的影响； 利用连续提取法，分析土壤中砷的形态变化，研究土壤中砷的生物可利用性。

9、第11页，共15页，2022年，5月20日，15点32分，星期三通过盆栽实验，研究改良剂对植物吸收积累土壤砷的影响。添加改良剂后，种植蔬菜或者水稻，然后分析植物中As和其它重金属元素含量，探讨改良剂修复土壤砷污染的可能性。第12页，共15页，2022年，5月20日，15点32分，星期三实验条件课题组所在实验室具有完善的基础设施（温室、常规指标分析），具备进行本研究的基本条件。本项目指导老师是中科院生态环境研究中心环境科学博士，先后参加多项国内外科研项目，已发表数篇科研论文，能够有效的指导项目的进行。第13页，共15页，2022年，5月20日，15点32分，星期三实验的预期成果获得赤泥、锰矿尾渣和铁矿尾渣对土壤砷形态转变的影响的结果； 获得赤泥