干湿交替过程中土壤氧化铁形态转化对As和Sb环境化学行为的影响机制

针对我国南方水稻产区土壤存在As和Sb污染的现状，拟以As和Sb为典型有毒污染物，以"土壤－污染物－干湿过程－风险评价"为研究主线，通过野外取样分析矿区周围农田水稻土As和Sb污染的分布规律，并应用离位化学提取和原位EXAFS、μ-XANES、μ-XRF和μ-XRD技术相结合的方法考察土壤中As和Sb的化学形态；采集As和Sb污染土壤，通过温室Lysimeter试验和室内模拟试验，应用EXAFS和M?ssbauer谱分析干湿交替过程中土壤氧化铁形态变化及其对As和Sb生物有效性和移动性影响的分子机制，为土壤As和Sb污染诊断评价、土壤环境质量基准制定和风险管理等提供理论支撑。

针对我国南方水稻产区土壤存在As和Sb污染的现状，项目以As和Sb为典型有毒污染物，以"土壤－污染物－干湿过程－风险评价"为研究主线，通过野外取样分析矿区周围农田土壤中As和Sb污染的分布规律，并应用离位化学提取和原位EXAFS、μ-XANES、μ-XRF和μ-XRD技术相结合的方法考察土壤中As和Sb的化学形态。结果显示，由于长期采矿导致矿区周边土壤As和Sb严重污染。基于HLPC-ICP-MS技术发现稻米中As的形态主要是As(III)、As(V)和二甲基砷（DMA），结合μ-XANES、μ-XRF和LA-ICP-MS等技术发现As和Sb主要集中在米糠和胚中，米糠中的As主要是无机砷，而胚中As主要是有机砷。通过室内模拟试验，应用EXAFS和XPS谱分析干湿交替过程中土壤氧化铁形态变化及其对As和Sb生物有效性和移动性影响。与干湿交替处理相比，淹水处理显著增加了土壤溶液中As和Sb浓度，土壤中无定形铁氧化物含量显著增加，土壤中Fe结合态As和Sb含量也随之增加。尽管淹水处理下土壤中无定形氧化铁对As和Sb有较强的吸附作用，能增加As和Sb的固定，但铁锰氧化物对As、Sb的还原溶解释放对土壤溶液中As、Sb的含量影响更大，因此淹水比干湿交替提高了As、Sb的移动性和有效性。基于温室盆栽实验研究了不同水分管理对水稻吸收Sb的影响，干湿交替处理能显著降低水稻根和茎叶中Sb的含量，进一步我们基于水培实验研究了根表铁膜对水稻吸收Sb的影响，发现铁膜的存在显著降低了水稻对Sb的吸收，基于μ-XRF和μ-XRD技术分析了水稻根表Sb的结合形态，发现根表铁膜主要是无定形氧化铁，Sb与氧化铁结合在一起，降低了水稻根对Sb的吸收。经过4年的努力，我们已经发表13篇论文，其中SCI论文8篇，另外有数篇论文在撰写中，我们发现土壤水分条件显著影响着土壤中氧化铁和As和Sb的形态，通过水分控制可以有效降低水稻根和茎叶中Sb含量，这些结果为土壤As和Sb污染诊断评价、土壤环境质量基准制定和风险管理等提供理论支撑。