改良劑對(duì)土壤砷形態(tài)及其生物

1、改良劑對(duì)土壤砷形態(tài)及其生物有效性的研究,研究和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)要解決的主要問(wèn)題 研究現(xiàn)狀分析 土壤中砷的分析 研究和實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)條件 預(yù)期成果,研究和實(shí)驗(yàn)的目的,由于人類活動(dòng)的加強(qiáng)，砷污染已成為非常突出且急需要解決的全球環(huán)境問(wèn)題之一。為了控制土壤中砷的釋放和固定土壤中砷的生物有效性，本研究擬利用工業(yè)廢棄物為改良劑，在對(duì)工業(yè)廢棄物的生物毒性評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，通過(guò)分析添加改良劑前后土壤基本性質(zhì)的變化、土壤和植物中砷含量和形態(tài)的變化，尋求和建立改良劑修復(fù)砷污染土壤的最佳模式。項(xiàng)目的研究成果對(duì)于指導(dǎo)砷污染區(qū)的農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)，保障居民的身體健康具有重要意義，并為工業(yè)廢棄物資源化利用和原位固定修復(fù)土壤砷污

2、染提供科學(xué)依據(jù),實(shí)驗(yàn)要解決的主要問(wèn)題,由于采礦、冶煉、污泥農(nóng)用、化肥、殺蟲劑、防腐劑和醫(yī)藥試劑等的施用，以及利用受砷污染水灌溉等人類活動(dòng)的加強(qiáng)，使得砷在土壤中大量的累積，土壤砷的累積將嚴(yán)重影響到我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品出口貿(mào)易，威脅到我國(guó)農(nóng)業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。因此，如何阻控土壤砷的釋放或者降低土壤砷的生物有效性是控制砷污染風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵,研究現(xiàn)狀分析,砷是周期表中第四周期、第五族元素，原子序數(shù)33，原子相對(duì)質(zhì)量74.92159，在自然界中有著廣泛的分布，地殼中砷的含量約為5.510-6%。砷在自然界中極少以單質(zhì)狀態(tài)存在，主要是以砷化合物如：雄黃（As2S2）、雌黃（As2S3）、硫砷鐵礦（

3、FeAsS）和砷鈷礦（CoAs2）等方式存在。自然環(huán)境中空氣、水體、土壤和動(dòng)植物體內(nèi)砷的含量很少。據(jù)報(bào)道，自然土壤中砷的背景值一般為5-10 mgkg-1（世界范圍）。砷的污染主要來(lái)自礦山開采、含砷礦石冶煉、以砷為原料的化工生產(chǎn)、以及工農(nóng)業(yè)中含砷化合物的使用等。據(jù)報(bào)道，孟加拉國(guó)、印度的西孟加拉邦、阿根廷和越南，由于地下水污染導(dǎo)致3900萬(wàn)以上的人受到不同程度的砷毒害，700萬(wàn)人受到嚴(yán)重傷害；湖南素有“有色金屬之鄉(xiāng)”的美譽(yù)，在開采和冶煉含砷礦石的金屬生產(chǎn)和以砷為原料的化工生產(chǎn)等的人為活動(dòng)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,土壤中砷形態(tài)分布不僅可以反映砷的轉(zhuǎn)化情況，而

4、且還反映土壤砷固著效果、污染狀況及危害水平。根據(jù)砷的化學(xué)性質(zhì)類似于磷，按Chang and Jackson的磷形態(tài)區(qū)分方法，把土壤中砷分為五種形態(tài)：易溶性砷(A-As)、鈣型砷(Ca-As)、鋁型砷(A1-As)、鐵型砷(Fe-As)和殘余型砷(O-As)。一般而言，易溶態(tài)砷、松散結(jié)合態(tài)砷有效性高，易被植物吸收或轉(zhuǎn)化為水溶性砷，因而危害較大；鈣型砷、鐵氧化物和包蔽態(tài)砷危害性較低，不易被生物吸收和進(jìn)入水體。針對(duì)砷的這一特點(diǎn)，可以向土壤添加含鈣、鐵、鋁和錳等豐富的廢棄物固定砷的活性和施用磷肥促進(jìn)砷向深層遷移，減少其對(duì)生物的危害性。很多含有鐵的化合物都對(duì)固定As有較好的效果。已有報(bào)道證明硫酸亞鐵對(duì)降

5、低土壤中As的移動(dòng)性和生物有效性非常有效。鋁氧化物和錳氧化物對(duì)As的固定，并沒(méi)有像對(duì)鐵氧化物的固定作用那樣進(jìn)行透徹的研究。跟人工合成的FeOOH(對(duì)As的固定效率幾乎達(dá)到100%)相似，人工合成Al(OH)3對(duì)As的固定效果也很高，并且都要比自然形成的羥基鐵氧化物和粘土礦物的固定效率要高。錳氧化物也可以吸附大量的As，在與鐵氧化物一起使用時(shí)，可以顯著的降低土壤中As的移動(dòng)性和毒性。常用的改良劑有工業(yè)廢棄物，如粉煤渣、生物燃料飛灰、剩余污泥和造紙產(chǎn)生的污泥、石膏粉和含有生石灰的工業(yè)副產(chǎn)、以及鐵鋁工業(yè)的廢棄物（赤泥,土壤中砷的危害,土壤中的污染物超過(guò)植物的忍耐限度，會(huì)引起植物的吸收和代謝失調(diào)；一些

6、污染物在植物體內(nèi)殘留，會(huì)影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，甚至導(dǎo)致遺傳變異。土壤污染破壞植物根系的正常吸收和代謝功能，通常同植物體內(nèi)酶系統(tǒng)作用過(guò)程有關(guān)。銅已被公認(rèn)為是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量元素。在 . .維諾格拉多夫的生物地球化學(xué)分類表中，銅和鋅、錳、硼、鉬等元素列在一起，在植物體內(nèi)平均含量為10(10(。銅在生物中參與酪氨酸酶生理、生化作用過(guò)程。如果土壤中有效態(tài)銅含量小于613ppm,植物的光合作用就顯著衰退,氮的代謝過(guò)程也受到影響；如果過(guò)量，銅被植物根系吸收后形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，就會(huì)破壞植物根系正常代謝功能，引起植物的生育障礙,不同劑量的砷污染土壤對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響,由下圖可知,土壤中的砷含量越多,水

7、稻的長(zhǎng)勢(shì)越差,陽(yáng)宗海砷污染,錦業(yè)公司使含砷生產(chǎn)廢水在整個(gè)廠區(qū)內(nèi)外環(huán)境循環(huán)，以地下滲透、地表徑流方式進(jìn)入陽(yáng)宗海，導(dǎo)致陽(yáng)宗海水砷濃度自2007年9月開始上升，至2008年7月砷濃度值超過(guò)V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，從II類下降到劣于V類，導(dǎo)致飲用、水產(chǎn)品養(yǎng)殖等功能喪失，公私財(cái)產(chǎn)遭受特別重大損失,研究和實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容,土壤改良劑的篩選。分別研究赤泥、錳礦尾渣和鐵礦尾渣對(duì)土壤砷形態(tài)轉(zhuǎn)變的影響。 1）測(cè)定土壤砷含量和基本性質(zhì)； 2）測(cè)定改良劑中砷以及基本性質(zhì)； 3）加入改良劑后，再次分析土壤砷和基本性質(zhì)的變化,研究赤泥、錳礦尾渣和鐵礦尾渣對(duì)土壤砷生物有效性的影響； 利用連續(xù)提取法，分析土壤中砷的形態(tài)變化，研究土壤中砷的生物可利用性,通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)，研究改良劑對(duì)植物吸收積累土壤砷的影響。 添加改良劑后，種植蔬菜或者水稻，然后分析植物中As和其它重金屬元素含量，探討改良劑修復(fù)土壤砷污染的可能性,實(shí)驗(yàn)條件,課題組所在實(shí)驗(yàn)室具有完善的基礎(chǔ)設(shè)施（溫室、常規(guī)指標(biāo)分析），具備進(jìn)行本研究的基本條件。本項(xiàng)目指導(dǎo)老師是中科院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境科學(xué)博士，先后參加多項(xiàng)國(guó)內(nèi)外科研項(xiàng)目，已發(fā)表數(shù)篇科研論文，能夠有效的指導(dǎo)項(xiàng)目的進(jìn)行,