农田土壤中砷的来源及调控研究与展望-第2页-北极星环境修复网

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2.1物理调控

农田中砷的物理调控是指通过深翻、客土等方式，使土壤中砷含量下降或活性降低，以减少作物吸收量。深翻可使聚集在土壤表层的砷分散到深层，达到稀释的目的;客土主要是把砷污染土壤移走，换入新的干净土壤。

通常情况下，深翻主要用于轻度砷污染的土壤，而客土主要用于重度砷污染的土壤。深翻可以在一定程度上降低作物对表层土壤中砷的吸收，但深翻入土壤深层的砷可能会增加淋洗到地下水的风险。客土被认为是一种可行的降低表层土壤重金属含量的方法，但因一次工程所消耗的人力、物力巨大，破坏土体结构，引起土壤肥力下降，且存在二次污染的可能，因而使用有限。

此外，在没有人为干扰的条件下，土壤中砷的浓度亦会发生数量减少或活性下降的自然恢复过程，但这种过程进展非常缓慢。土壤有机质、温度、水分、pH和共存离子等均会在很大程度上影响砷超标农田的自然恢复。

2.2化学调控

农田中砷的化学调控主要是通过使用一些化学淋洗剂或钝化剂等，使土壤中的砷加速移出土体，或使土壤中的砷形成难溶或作物难以吸收的化合物，进而减少作物对砷吸收的过程。目前常见的化学调控技术包括化学淋洗技术、化学还原技术、沉淀－溶解技术和吸附－固定技术等。

近年来，国内外学者主要从钝化剂选择与应用等方面开展了较多的研究，筛选出的对砷具有良好调控作用的物质主要有石灰、赤泥、碳酸盐、磷酸盐和铁/铝氧化物等。

如Hu等研究了硫酸亚铁、氯化镁、氢氧化钙及三者的混合物对土壤中砷的有效性的影响，结果表明，三者的混合物对土壤中砷的有效性具有良好的调控效果。

Garau等研究了赤泥对土壤中砷的调控作用及其对土壤化学特性可能的影响，结果表明，赤泥明显提高了土壤的pH、降低了土壤中水溶态砷的含量，增加了残渣态砷的含量，在一定程度上降低了土壤中砷的有效性。

铁氧化物由于带有正电荷，对砷具有较强的亲和能力，且砷可与铁氧化物配位壳中的羟基或水合基发生置换反应，形成配位化合物，从而显著降低了砷的活性，因而是迄今为止研究最多、也是对降低土壤砷有效性效果最好的一类物质。

Nielsen等利用使用废弃的铁渣来固定污染土壤中的砷，结果表明，与对照相比，5%添加量处理使高砷含量土中淋洗的砷量降低了约91%，即显著降低了土壤中砷的活性。

McBride等综合比较了堆肥、泥炭、磷酸钙、石膏和铁氧化物等几类物质对叶菜类作物吸附砷的影响，发现铁的氧化物在降低作物吸收砷方面的效果最好。

吴萍萍等近年来开展的相关研究结果也表明，通过人工合成方法获得的赤铁矿、针铁矿、水铝矿和水铁矿等4种铁/铝氧化物，其对砷的最大吸附量依次为水铁矿＞针铁矿≈水铝矿＞赤铁矿，同时，人工合成的铁、铝矿物以及镁铝双金属氧化物对砷超标土壤中的砷均具有一定的钝化效果，其中添加水铁矿对降低土壤有效砷含量的效果最好。

尽管上述研究取得了令人欣喜的成绩，但是，在钝化剂固定砷的长期效应、钝化剂添加对土壤理化性质及环境的可能影响等方面，尚有待进一步研究。

2.3生物调控

生物调控主要包括植物调控与微生物调控。农田中砷的植物调控主要是通过某些特异性植物来清除环境中的砷或使其浓度或毒性下降的过程。

如Ma等研究表明，在砷污染土壤中生长的蜈蚣蕨体内的砷含量能达到1442～7526mg/kg，并认为蜈蚣蕨是最有效的砷超富集植物。利用植物对农田中砷的根系过滤作用、植物固定与挥发作用等也有助于在一定程度上降低农田中砷的风险。进一步研究蜈蚣蕨对砷的耐性机制表明，蜈蚣蕨体内能产生较多的抗氧化分子或酶类如谷胱甘肽和超氧化物歧化酶等，在一定程度上清除砷胁迫下蜈蚣蕨体内产生的活性氧自由基，此外，蜈蚣蕨还能将毒性相对更大的三价砷贮存于叶片组织的液泡中，降低其对自身生长的影响。

此外，还可以基于不同类型或相同类型不同品种作物对环境中砷吸收能力的差异，通过种植对砷吸收能力差的作物来降低农产品中砷累积的风险。

如Mathieu等研究了5种叶类蔬菜对环境中砷的吸收能力，结果表明相同砷含量水平下，该5种叶类蔬菜对砷的累积能力大小为空心菜＞芹菜＞苋菜＞生菜＞莴苣，并认为在砷超标的农田通过种植对砷敏感性较差的莴苣可以在一定程度上降少砷在蔬菜中累积的风险。

农田中砷的微生物调控主要是利用环境中某些具有生物累积、吸附/解吸、氧化/还原、甲基化/去甲基化等功能的微生物来降低土壤中砷的植物有效性，或改变砷的化学价态，从而调控农田中砷的活性或毒性。近年来，许多具有生物累积与砷形态转化能力的微生物被分离并鉴定。

如Granchinho等研究发现，尖孢镰刀菌（F.oxysporum）能将环境中的As(Ⅴ)累积于细胞内，同时伴随砷化学形态的转化，产物主要为As(Ⅲ)和DMA，后者很易于转化成为一种易挥发的砷化物。

等从砷污染的矿区土壤中分离得到8株同时具有生物累积与挥发砷能力的真菌，并认为真菌对砷的挥发能力各不相同。

Zeng等和Su等近年来从砷污染土壤分离得到3株具有高耐砷能力的真菌，如棘孢木霉菌、微紫青霉和尖孢镰刀菌，这些真菌均具有较高的砷生物累积与形态转化能力。进一步将棘孢木霉菌制备成厚垣孢子粉剂施入砷污染后发现，该菌株能将土壤中的砷挥发到空气中，同时还能有效地降低土壤中砷的有效性，在一定程度上改变土壤的pH和各结合态砷的分布(未发表数据)。这些微生物被认为可用于今后砷超标农田的风险调控中。

此外，土壤中的某些微生物还可以通过自身代谢作用改变土壤的矿物组成，进而影响砷在土壤粘土矿物表面的吸附行为，降低砷在土壤中的活性。

如Achal等报道了一种芽孢八叠球菌属细菌(SporosarcinaginsengisoliCR5)，该菌株能对土壤进行矿化作用，形成较多的方解石、文石等，从而影响土壤中砷形态的分布，减少了土壤中砷的活性。目前，利用微生物来调控农田中砷的有效性或活性的研究大多尚处于实验室研究阶段，功能微生物在砷超标农田中的成功定殖与繁殖、能力的发挥及土壤环境因素等的影响还有待进一步探索。

原标题：农田土壤中砷的来源及调控研究与展望

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