砷在土壤中的形态转化及植物有效性研究

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1、中国农业科学院硕士学位论文砷在土壤中的形态转化及植物有效性研究姓名：胡留杰申请学位级别：硕士专业：土壤学指导教师：曾希柏20080601摘要砷是世界卫生组织确定的高毒致癌物质，从上世纪初就开始受到科学家们的广泛关注。在农业生产中，砷主要是通过工业‘‘三废”、农业利用等方式进入土壤，施用含砷的农药、化肥、有机肥等是十壤中砷的重要来源之一。砷进入-十壤后，可被土壤胶体吸附固定，使其有效性降低。有机态砷进入土壤后，不仅被土壤吸附吲定，也可在土壤微生物的作用下，并通过一系列的土壤过程，发生形态和价态的转化。农业生产与入类生活息息相关，研究不同形态砷在土壤中的转化及对植物

2、砷有效性的影响，对提高农产品质最，预防设施十壤中砷含量超标等具有很重要的意义。本文通过对山东寿光设施菜地土壤调查、数据分析等，揭示高集约化耕作方式下土壤中砷的形态分布特征；通过盆栽试验，研究外源无机态和有机态砷进入土壤后，在土壤中的形态和价态转化及其对植物有效性的影响，通过本研究获得以下主要结果：1．设旖土壤全砷和有效态砷含每均明显高于对照土壤(小麦地)。表层(0．20cm)和Ⅱ表层(20-40cm)土壤全砷含量分别是对照的1．19和1．23倍。有效态砷含量分别是对照的1．60和3．3倍。2．对设施土壤砷的形态分析结果表明，在四种形态砷中，有效态砷(AE—As)

3、含量最低，在表层土壤(0．20cm)占全砷含量的1．65％，亚表层土壤(20-40cm)中占总砷的0．70％。设施r十壤中四种形态砷含量均高于对照土壤，且随着设施年限的延长，土壤四种形态砷含量都有所增加。不同设施年限之间，土壤中四种形态砷含量均存在显著性差异，这说明随农药、化肥和有机肥等进入土壤中的砷，在土壤中有一定的累积，对土壤存在一定的安全隐患。3．在土壤中加入外源砷进行室内培养试验表明，随着外源砷浓度的增加，各形态含量都显著增加。各形态砷与土壤外源砷浓度间的相关系数均高达O．99以上。当外源砷为五价砷(As(v))时，随着培养时间的延长，有效态砷(AE-A

4、s)含量逐渐降低，且降低幅度随着外源砷添加浓度的增加而降低；铝型砷(A1．As)随着培养时间的增加，含量逐渐增加，但其增加幅度随着外源砷添加量的增加表现出先增加后降低的趋势，铁型砷(Fe．As)和钙犁砷(Ca-As)含量增高幅度随着土壤外源砷添加晕的增高而逐渐降低。添加二甲基砷(DMA)的土壤中，砷含量变化则没有规律性。DMA加入土壤半年后残留率很低，盆栽土壤6个水平10、15、30、50、70、90mg／kg，每水平4次重复，残留率在80％．90％之间的占58％，70％．80％之间的占21％。55％一70％之间占21％。4．第二季小油菜收获后，土壤中DMA已经

5、完全转化，主要以As(V)为主，还有部分转化为As(III)。通过对DMA在土壤中的恒温培养试验，结果表明：DMA进入土壤10el左右即发生了去甲基化反应，且随着培养时间的增加，DMA向As(V)转化的量越多，到40d时，30、50、70、90mg／kg四个水平。F，DMA的转化率分别达到了19．32％、17．70％、15．73％、13．29％。5．外源砷加入土壤后，随着培养时间的延长，有效态砷(AE-As)百分含量是不断下降的趋势，且其下降量与外源砷添加量有关。砷在土壤中培养两周后，与一周时的有效态砷含量相比，平均下降1．28个百分点，而培养三周后，与两周相比

6、，下降了O．27个百分点；四个月时的AE—As比着两个月时下降最高，百分含量平均一F降了2．32个百分点。这说明培养四个月后土壤对砷的吸附固定仍在进行。土壤对砷的吸附固定是一个长期的复杂的过程。6．低浓度外源砷对小油菜出苗率和生物量有刺激作用，高浓度外源砷则对小油菜产生毒害，且毒性为：DMA>As(V)。土壤中有效态砷含量与两季小油菜As含量有较好的相关关系，且都达到了极显著水平。种植两季小油菜后，土壤中的AE．As、A1一As、Fe．As、Ca-As含量均下降。本研究的相关结果，在一定程度上揭示了土壤中砷的形态与价态转化的初步规律，以及形态、价态转换与植物有效

7、性的相互关系，为进一步明确土壤中砷的转变动力学机制、植物对土壤中砷的吸收利用机制等提供有效参考。关键词：As(V)，DMA，形态转化，植物有效性ⅡAbstractArsenicishighlytoxicanddefinitedasthecarcinogensubstancebyWHO．Ithasbeenpaidmoreattentionbyscientistssincethebeginningoflastcentury．Industrial”threewastes”andagriculturalmaterialinvestmentarethemainlypath

8、waysofarseni