含砷酸性矿山废水对稻田土壤胶体及砷迁移的影响

The arsenic speciation and mobilization in paddy field affect the quality of rice. Soil colloids, especially the iron oxide colloid, have a high affinity to arsenic. Adsorption/desorption of arsenic on/from them have a controlling effect. The change of environmental conditions may cause the variation of colloid characteristics, and affect the mobility and bioavailability of arsenic in soil. Some paddy fields have been polluted by acid mine drainage (AMD) from a high arsenic coal mine in Xingren county of Guizhou province. The contaminated soils have been acidified seriously and enriched high contents of iron and arsenic. Furthermore, the arsenic has been adsorbed by rice and the content has exceeded the Chinese environmental standard for several times. In order to make further understanding of arsenic mobility under anoxic conditions, samples are planned to be collected in flooded paddy fields, and the soil colloids are to be extracted. By resorting to XRD and FTIR technologies, the mineral composition of the colloid is to be determined. Adsorption and column experiments will also be conducted to understand the adsorption mechanism of arsenic to iron oxide colloid and the effect of competitive co-existing ions under anoxic condition. This study may contribute to the food safety production in areas polluted by AMD containing arsenic.

稻田土壤中砷的赋存形态及迁移转化过程直接影响着水稻对砷的吸收, 进而影响稻谷的质量。 土壤铁氧化物胶体对砷在土壤中的吸附-解吸起着重要的控制作用，铁氧化物胶体性质的变化影响着砷在土壤中的迁移性和生物可利用性。在贵州省交乐高砷煤矿区下游，矿山酸性废水污染造成稻田土壤酸化以及铁和砷的富集， 稻谷砷含量也明显超标。本项目拟以该区酸化稻田为对象，利用XRD、FTIR等技术，通过土壤中吸附-解吸实验、柱实验等，研究在厌氧条件下土壤胶体中铁氧化物的形态和微观形貌特征， 以及对砷形态的影响和吸附机理；同时研究在厌氧条件下PO43-等含氧阴离子对砷在土壤胶体表面吸附的影响。从而揭示稻田土壤中铁氧化物胶体对砷释放所起的控制作用及影响因子。 研究成果为受含砷矿山酸性废水污染区的农业生产提供科学依据。

土壤砷污染是当前关注度较高的环境问题，土壤颗粒尤其是胶体对砷的迁移及其形态转化起到重要的控制作用。本研究以贵州省兴仁县交乐村高As 煤矿区外排酸性煤矿废水污染稻田为对象，采用高效液相色谱与原子荧光联用技术（HP LC- HG-AFS）分析水稻及其相应环境介质中形态As 和总As 含量特征，探明AMD污染土壤中铁氧化物存在形态及各形态之间的转化，揭示铁还原微生物作用下随着培养时间的改变稻田土中铁还原和铁形态的演变特征，并模拟好氧状态下土壤胶体在不同环境条件下土壤胶体对As(V)吸附效果以及在厌氧环境条件下吸附性能的改变。研究结果显示，AMD污染土壤出现严重酸化、砷和铁累积的现象，受污染土壤pH值最低降到3.0以下，污染严重的土壤中砷含量高达当地背景值的3倍以上；AMD污染不仅增加了土壤中各砷、铁形态的含量，污染土壤中残渣态砷、铁占总量的比例下降10%左右，非结晶态砷、铁增加10%左右；酸化稻田在水淹前，土壤As形态主要以无机的As(Ⅲ)和As(V)为主，As(V)含量约为77.17%，水淹条件下 As(V)含量约为58.39%；土壤溶液中以As(Ⅲ)为主，污染越严重，As含量越高，其含量变化与亚铁有相似的规律；土壤中分离筛选出的铁还原菌属于梭状杆菌，能将无定型和弱结晶态铁迅速还原；As含量高的稻田土亚铁溶出量较低；铁还原微生物在清洁土壤中的还原能力大于在污染土壤中；铁形态主要在可交换态、有机结合态和氧化结合态之间发生转化；在好氧条件下胶体对As(V)的吸附符合准二级反应动力学模型，主要以化学吸附为主，同时存在一部分物理吸附；土壤胶体对As(V)的吸附为单层吸附和多层吸附同时作用；溶液pH在2~4范围内时，对As(V)的吸附量最高；土壤胶体对As的吸附量随离子强度的增加而增大，属于内层配位的专性吸附；随着淹水时间的延长，还原条件的增强，胶体对As(V)的吸附量远小于好氧状态。研究成果可为评价和认识砷对土壤环境的影响提供科学依据。