Eh、pH和铁对水稻土砷释放的影响机制

水稻水淹管理是导致水稻土砷大量释放和水稻对砷富集累积的关键环节.为研究土壤氧化还原电位(Eh)、pH值和铁对水稻土砷释放的影响,采用有氧/厌氧和间歇式有氧水淹培养方式,并分析土壤Eh、pH值、溶解态砷和铁(Ⅱ)随时间的变化,结果表明,长期厌氧水淹培养具有最大的砷释放量,且随着土壤Eh降低,砷(Ⅲ)和总砷(Ⅴ)的浓度均显著提高,其中相比于第一阶段,第二阶段砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)浓度分别提高了1.37μg·L~(-1)和0.99μg·L~(-1);相反,间歇式有氧水淹处理砷的释放量则相对较低,当有氧处理时间最长(6 d)时,砷的释放量最低.土壤Eh与pH值和砷的关系研究表明,二者均与土壤溶液砷呈指数关系,且随着土壤Eh降低和pH提高,水稻土砷的释放速率增大;土壤溶液铁(Ⅱ)与砷则存在显著正相关关系(r=0.868,P0.001).水稻土微环境中Eh降低和pH值提升是驱动砷释放的关键因素,因而有氧水管理模式是能够抑制砷的释放和降低水稻对砷吸收累积的有效方法.     

改性褐铁矿对砷吸附的强化机制和效果研究

为了提高褐铁矿对砷的吸附能力,分别采用球磨和煅烧的方式对褐铁矿进行改性处理.使用氮气吸脱附法、X射线衍射光谱(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对改性材料进行表征,探究其去除水体中As(Ⅴ)的吸附机理及对土壤砷的稳定化效果.结果表明,两种改性方法制备的材料对As(Ⅴ)的吸附过程均符合...     

改性纳米TiO2对砷污染土壤的稳定化试验

以黄壤、红壤、紫色土和黑土为供试土壤,研究改性纳米二氧化钛对土壤中砷的稳定化效果。采用溶胶-凝胶法制得活性炭负载纳米二氧化钛(ACT)和铁改性活性炭负载纳米二氧化钛(ACTI),并将粒径为100 nm的纳米二氧化钛(T-100)和活性炭(AC)作为对照材料。将改性纳米二氧化钛按照不同质量比添加到供试土壤中,稳定化14 d后,采用生物有效性简化提取法(simple bioavailability extraction test,SBET)研究改性纳米二氧化钛对不同类型土壤中砷的稳定化效果。结果表明:4种供试土壤的固砷能力顺序为红壤>黑土>黄壤>紫色土。ACTI和ACT在4种类型土壤中对砷的稳定效果均优于对照材料T-100和AC,在2%的添加量下,4种土壤对砷的稳定化率均高于60%。因此,ACTI和ACT可用作修复砷污染土壤的稳定剂。     

水铁矿对不同品种水稻吸收砷镉的调控效果

为探究水铁矿(Fh)对不同品种水稻吸收砷(As)和镉(Cd)的调控效果,以常规稻黄华占(H)和杂交稻Y两优9918(Y)为供试水稻进行盆栽试验,根据是否施加Fh设置两组处理,一组为对照土壤,分别种植常规稻黄华占(H-CK)和杂交稻Y两优9918(Y-CK);另一组施加质量分数为1%的Fh,分别种植常规稻黄华占(H-Fh)和杂交稻Y两优9918(Y-Fh). 结果表明:在水稻整个生育期内Fh较稳定,不易被还原溶解,且能有效吸附孔隙水As、Cd;H-Fh处理孔隙水As和Cd浓度较H-CK处理分别降低了76.3%和31.0%,Y-Fh处理孔隙水As和Cd浓度较Y-CK处理分别降低了73.7%和57.8%. 施用Fh可促使水稻根际土壤As、Cd由非稳态向稳定态转化,且Fh对常规稻黄华占根际土壤As和Cd的稳定化效果更显著. H-Fh处理非稳态(非专性吸附态、专性吸附态和弱结晶铁氧化物结合态)As含量较H-CK处理分别降低了100.0%、30.8%、14.7%,结晶型铁氧化物结合态As含量升高了36.7%,Y-Fh处理非稳态As含量较Y-CK处理分别降低了9.9%、18.2%、14.9%,结晶型铁氧化物结合态As含量升高了29.2%;与H-CK相比,H-Fh处理可交换态Cd含量显著降低了31.5%,而Y-Fh与Y-CK处理相比,所有Cd形态的含量均无显著变化. 施加 Fh使常规稻黄华占精米As含量较其CK显著降低了44.6%,但对杂交稻Y两优9918精米As积累没有产生明显抑制,且Fh对两个水稻品种精米Cd含量均无显著影响. 因此,在对As、Cd复合污染稻田进行安全利用过程中,Fh可作为减控水稻As积累的有效投入品,但作用效果随不同水稻品种根际As有效性变化出现明显差异.      

利用in vitro方法研究不同铁矿对土壤砷生物可给性的影响

为了研究不同铁矿物对土壤砷生物可给性的影响,利用PBET(physiologically based extraction test)、SBRC(solubility bioaccessibility research consortium assay)和IVG(in vitro gastrointestinal extraction)这3种in vitro方法研究水铁矿、针铁矿和赤铁矿对土壤砷在胃与小肠阶段生物可给性的影响以及砷形态转化对砷的生物可给性影响机制.结果表明,添加1%水铁矿时,根据PBET、SBRC和IVG这3种in vitro方法,胃阶段砷的生物可给性分别为2.22%、5.11%和7.43%,小肠阶段砷的生物可给性分别为3.39%、2.33%和6.18%;当投加量提高到2%时,各阶段砷的生物可给性都显著降低(P0.05).3种in vitro方法,在不同铁矿物投加量相同条件下,相比于空白对照组(CK),砷的生物可给性降低幅度大小依次为:水铁矿(F1)针铁矿(G1)赤铁矿(H1)(F2G2H2).3种in vitro方法中可交换态和专属吸附态砷总量(F1+F2)同胃阶段砷的生物可给性呈正相关性,依据PBET、SBRC和IVG法,相关系数分别为r=0.93,P=0.002、r=0.90,P=0.004和r=0.89,P=0.006;F1+F2同小肠阶段砷的生物可给性呈正相关性,PBET和IVG法的相关系数分别为r=0.94,P=0.001和r=0.87,P=0.009,而SBRC法则表现为没有相关性.同样,3种in vitro方法中都表现出无定型铁结合态砷(F3)与胃阶段砷的生物可给性有显著负相关性,而与小肠阶段砷生物可给性则除了SBRC法没有相关性之外,PBET和IVG法都表现出显著负相关性.     

复合材料对砷污染土壤稳定化处理及机理研究

通过投加FeS、电石渣、菌渣及其复配组合对砷污染土壤进行稳定化处理,根据稳定效率对稳定材料进行筛选,并分析处理前后土壤中砷的生物有效性、赋存形态及土壤物相成分,探索稳定机理.结果表明:单因素实验中,FeS对砷的稳定效率最高,当FeS投加量为n(Fe)/n(As)=20时,砷的稳定效率达84.69%;复配实验中,FeS投加量为n(Fe)/n(As)=15,电石渣投加量为0.5%(质量分数),菌渣投加量为6%(质量分数)时,砷的稳定效率高达90.53%.机理研究表明:稳定处理后,土壤中有效态砷和有机体内砷的可给量分别降低80.14%和92.86%;土壤中易溶态砷占总砷的比例降低了18.61%,铁型砷和钙型砷占总砷的比例分别提高了10.36%和5.81%,易溶态砷主要转化为铁型砷和钙型砷;稳定处理后土壤中矿物成分新增了Ca Al_2Si_2O_8·4H_2O(斜方钙沸石)、Ca_3Fe_4(AsO_4)_4(OH)_6·3H_2O(菱砷铁矿)、Fe_2(AsO_4)(SO_4)OH·5H_2O(砷铁矾矿)、(Al,Fe~(3+))_3AsO_4(OH)_6·5H_2O(砷铁铝矿)4种矿物,稳定处理使土壤中的砷生成了难溶性铁-砷、钙-砷矿物质.     

厌氧条件水稻土铁对砷释放的影响

水稻土无定型铁矿物是砷的重要吸附载体,水稻种植需要经历的淹水厌氧阶段能促进铁矿物还原溶解并使其吸附的砷释放进入水稻土溶液.本研究重点考察了厌氧环境中水稻土在培养液的富集培养下不同形态砷对砷释放的贡献作用,并探究淹水缺氧环境下水稻土无定型铁矿物对砷迁移转化的影响.结果表明,相比于第一阶段,第二阶段培养液中铁(Ⅱ)和总砷浓度均显著提高(P0.05),其中两个阶段的土壤溶液均主要来源于可交换态砷(F1)和专属吸附态砷(F2),且两个阶段的培养液砷与F1+F2均呈显著正相关关系,分别为r=0.73,P0.05和r=0.657,P0.05,无定型铁结合态砷(F3)与砷浓度呈不显著正相关.两阶段的水稻土不同形态铁与培养液砷浓度均存在一定关系,水稻土盐酸提取铁(Ⅱ)浓度与砷浓度呈显著正相关(r=0.577,P0.05;r=0.613,P0.05),无定型铁矿物与砷存在负相关关系(r=-0.428,P=0.126;r=-0.564,P0.05).因此,厌氧环境下水稻土中处于亚稳状态的无定型铁矿物在总体上能有效地吸持固定砷从而抑制砷的移动和迁移.     

生物合成Bio-MnOx对砷污染土壤的稳定化效果分析

通过室内模拟实验,研究了生物合成锰氧化物（Bio-MnO_x）材料对污染土壤中砷（As）的稳定化效果。结果表明:1）Bio-MnO_x的加入能够有效降低砷的浸出量,其中水溶性砷含量由2.28 mg/kg降至0.86 mg/kg,减少62.3%;2）五步连续法浸提结果发现,Bio-MnO_x处理后水溶态砷和表面吸附态砷的相对含量显著降低;3）风险分析进一步表明Bio-MnO_x处理后砷的环境风险降低;4）基于细菌16s RNA生物多样性分析表明,经过Bio-MnO_x处理后,土壤微生物多样性的丰富度显著增加;5）微生物群落结构分析发现,土壤微生物群落结构发生明显演替,属水平下的细菌结构由芽孢杆菌属向梭状芽孢菌属、丛毛单胞菌属、敏感梭菌属等转变。总体而言,Bio-MnO_x是一种比较有效的修复砷污染土壤的生物材料。     

铁基复合材料对土壤Cd-As的同步稳定化

由于土壤中Cd和As的赋存形态、地球化学行为差异很大,在稳定化修复过程中其有效态含量随土壤各类指标的改变常呈此消彼长式变化.为达到使其同步稳定的目的,本文考察了以铁氧化物、木质素和高岭土为主要成分的复合材料（GLK）对土壤中的Cd、As的赋存形态、土壤理化性质以及铁形态分布的影响.结果表明：投加GLK可提高土壤的pH缓冲能力,增加土壤有机质含量、阳离子交换量、无定形铁氧化物和游离铁氧化物的含量,当投加量为5%（质量比）时,土壤Cd和As的有效态含量分别下降48.11%和33.58%.GLK可通过吸附、络合和表面沉淀等机制实现Cd、As的同步稳定化.     

微生物铁氧化作用对砷迁移转化的影响

采用厌氧培养的方法,从砷污染的水稻上中富集依赖硝酸盐的铁氧化菌群,通过监测培养体系中Fe和A$的形态变化模拟水稻厌氧条件下微生物铁氧化过程对As迁移转化的影响.结果表明,约96%外源添加的Fe(Ⅱ)可在10d内氧化成Fe(Ⅲ),As(Ⅲ)对Fe(Ⅱ)的初期氧化速率具有一定的抑制作用;在微生物铁氧化过程中,As(Ⅲ)被氧...     

场地土壤中有效态砷的稳定化处理及机理研究

分别以生石灰和亚铁盐作为辅助剂与稳定剂对2种砷污染的土壤进行稳定化处理,通过化学浸出、形态及结构研究,揭示土壤中有效砷的稳定效率和机理.结果表明,外源铁添加量与土壤砷含量(Fe/As)的物质的量比达到6:1~8:1,CaO投加比例为0.05%~0.1%(w/w)时,土壤中有效态砷的稳定效率超过85%.土壤有效砷的稳定化处理主要是将砷从非专性吸附态和专性吸附态转化为弱结晶的铁铝或铁锰水化氧化物结合态、结晶铁铝或铁锰水化氧化物结合态.稳定处理后2种污染土均有新物相羟砷铜矿(As2Cu5H4O12)生成.     

Effect of microbial mediated iron plaque reduction on arsenic mobility in paddy soil

The potential of microbial mediated iron plaque reduction, and associated arsenic (As) mobility were examined by iron reducing bacteria enriched from As contaminated paddy soil. To our knowledge, this is the first time to report the impact of microbial iron plaque reduction on As mobility. Iron reduction occurred during the inoculation of iron reducing enrichment culture in the treatments with iron plaque and ferrihydrite as the electron acceptors, respectively. The Fe(II) concentration with the treatment of anthraquinone-2, 6-disulfonic acid (AQDS) and iron reducing bacteria increased much faster than the control. Arsenic released from iron plaque with the iron reduction, and a significant correlation between Fe(II) and total As in culture was observed. However, compared with control, the increasing rate of As was inhibited by iron reducing bacteria especially in the presence of AQDS. In addition, the concentrations of As(III) and As(V) in abiotic treatments were higher than those in the biotic treatments at day 30. These results indicated that both microbial and chemical reductions of iron plaque caused As release from iron plaque to aqueous phase, however, microbial iron reduction induced the formation of more crystalline iron minerals, leading to As sequestration. In addition, the presence of AQDS in solution can accelerate the iron reduction, the As release from iron plaque and subsequently the As retention in the crystalline iron mineral. Thus, our results suggested that it is possible to remediate As contaminated soils by utilizing iron reducing bacteria and AQDS.     

不同水分条件下铁基氧化物对土壤砷的稳定化效应研究

应用等温吸附试验及室内模拟培养的方法,研究了Fe2O3、Nano-Fe2O3和铁锰双金属氧化物(FMBO)等铁基氧化物对砷的吸附特性和对不同含水量土壤中砷的稳定化效应.从等温吸附试验结果来看,3种铁基氧化物对As(V)和As(Ⅲ)的吸附过程符合准二级动力学方程,12 h后基本达到吸附平衡,吸附等温线符合Langmuir方程,FMBO对As(V)和As(Ⅲ)的吸附容量显著大于Fe2O3和Nano-Fe2O3,且对As(Ⅲ)的饱和吸附容量大于As(V),能够起到氧化和吸附的双重作用.从对不同含水量土壤中砷的稳定化效果来看,Nano-Fe2O3和FMBO在风干和田间持水量土壤中均能达到90%以上的稳定化效率,显著高于Fe2O3;在土壤水分饱和条件下,FMBO的稳定化效率仍保持在93.5%以上,且能够将土壤中As(Ⅲ)氧化成As(V),而Fe2O3和Nano-Fe2O3分别仅为29.4%、81.4%.3种铁基氧化物的添加会使土壤中砷的结合态发生变化,Fe2O3、NanoFe2O3主要使砷由F1非专性吸附态和F2专性吸附态向F4结晶铁锰或铁铝水化氧化物结合态转变,添加FMBO主要向F3无定形或弱结晶铁锰或铁铝水化氧化物结合态转变.总体看来,在非饱和状态的土壤,Nano-Fe2O3和FMBO均为良好的稳定化材料,而对于长期淹水的稻田或地下水位较高的地区,或者由于降雨造成土壤滞水等情况,FMBO可以作为一种优良的稳定化材料用于土壤砷污染修复.     

铁锰双金属材料对砷和重金属复合污染土壤的稳定化研究

由于矿产资源的共生、伴生现象及历史上采选冶技术的相对落后,我国矿区附近的重金属污染场地多存在复合污染的情况,而稳定化技术是解决该问题的有效措施.本文通过室内模拟培养实验和静态吸附试验,研究了人工合成的铁锰双金属材料(FMBO)对矿区复合污染土壤中As、Pb、Cd等重金属的稳定化作用和机制.毒性浸出实验结果表明,在3种不同的As和重金属复合污染土壤中,FMBO材料能够对As和Pb等重金属起到较好的稳定化作用,在5%的最大添加量下,FMBO对As、Pb的稳定化效率分别能够达到95.2%~100%和95.5%~97.5%,同时不会引起Cd、Zn和Cu等重金属的活化.由连续提取实验结果可知,FMBO能够使土壤中As和Pb由酸可提取态向可还原态转变,稳定性增强.微观特征分析结果表明,FMBO材料对As的稳定化主要通过表面羟基(—OH)基团的吸附作用,而对Pb、Cd等金属离子则通过吸附、沉淀等多种方式起作用.总体看来,FMBO材料适用于As、Pb等重金属复合污染土壤的治理.     

Aromatic compound degradation by iron reducing bacteria isolated from irrigated tropical paddy soils

Forty-six candidate phenol/benzoate degrading-iron reducing bacteria were isolated from long term irrigated tropical paddy soils by enrichment procedures.Pure cultures and some prepared mixed cultures were examined for ferric oxide reduction and phenol/benzoate degradation.All the isolates were iron reducers,but only 56.5%could couple iron reduction to phenol and/or benzoate degradation,as evidenced by depletion of phenol and benzoate after one week incubation.Analysis of degradative capability using Biolog...     

外源氧化铁对水稻土甲烷形成的抑制

通过添加不同氧化铁的土壤泥浆厌氧恒温养实验发现，无定形氧化铁和纤铁矿能显著的降低水稻土中的H2和乙酸浓度，并导致甲烷形成被抑制，易还原氧化铁可使H2的稳态浓度由对照的2－4mg/m^3降低到0．3－1.0mg/m^3，并使得体系的Gibb's自由能（△GH）增大到－10kJ/mol，从而有效地抑制了依赖H2营养的产甲烷过程，添加氧化铁同样能消耗体系中的乙酸，使乙酸浓度明显低于对照，但对依赖乙醇营养的△GAc的影响不显著。     

长江中下游两种典型水稻土微生物对砷污染的响应

基于温室盆栽实验,利用磷脂脂肪酸分析(PLFA)方法研究了As污染、土壤类型和水稻品种对水稻抽穗期土壤微生物群落的影响.结果表明,水稻土土壤中微生物生物总量(总PLFAs)以及微生物组成均不同程度的受到了As污染、土壤类型及水稻品种的影响;As污染增加了土壤总PLFAs,黄泥田的土壤总PLFAs、真菌/细菌(F/B)、革兰氏阳性细菌/阴性细菌(G+/G-)、腐生真菌/丛枝菌根真菌(SF/AMF)显著高于红泥田;在黄泥田中,种植籼稻品种的土壤总PLFAs较杂交稻和粳稻品种平均减少30.0%,而在红泥田中平均增加24.8%.偏Mantel检验和冗余分析(RDA)表明土壤pH值、DOC、NH4+和As浓度是驱动水稻土微生物群落演变的主控因子,其中受As影响较大的特征PLFAs包括20:0、i17:1ω9c、18:1ω9c、cy17:0和18:3ω6c;ABT预测模型显示水稻品种和土壤类型对总PLFAs、F/B、G+/G-和SF/AMF指标的贡献相对较大,而As处理的影响较小.