铁锰结核对稻田土壤中砷的迁移转化影响研究
目前大米砷（As）含量超标问题被广泛关注，水稻在淹水条件下对As的高富集能力，使得大米成为人类摄入无机As的主要途径之一，明确As在稻田中的地球化学行为对土壤质量、农作物安全意义重大。稻田中As的生物有效性主要受淹水导致的氧化还原电位（Eh）变化及Eh变化引起的地球化学因素变化（如pH、Fe/Mn氧化物溶解度等）调控，在复杂的氧化还原条件下，研究不同形式的铁锰氧化物和As的动态变化及作用机理至关重要。目前铁锰结核与土壤As作用的研究较少，对铁锰结核的研究也仅局限于本身，忽略其对环境造成的影响。因此本文以洪泽湖周边农田为研究区，先系统调查土壤-水稻籽粒As含量特征，分析铁锰结核对水稻富集As的作用效应，再通过盆栽试验明确铁锰结核对水稻的生态效应并探究其对土壤中As的影响机制。主要研究结果如下： （1）研究区土壤-水稻调查发现，有铁锰结核的点位，土壤As含量显著高于现行农田风险筛选值（《土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准》，GB15618-2018），水稻As含量却与土壤As含量呈显著负相关，对含铁锰结核农田土壤进行生态风险评价时，需考虑铁锰结核在体系中的作用效应。 （2）盆栽试验表明，添加铁锰结核能显著降低水稻叶中无机As含量；长期淹水条件下，铁锰结核会导致土壤中As的有效性降低，主要As形态由结晶态转变为无定形铁锰氧化物结合态砷，残渣态砷比例增加；溶液中的As主要来源于Mn（氢）氧化物的还原释放，铁锰结核使大量的Mn释放到溶液中的同时会延缓Fe（氢）氧化物的还原，随后形成Mn、Fe次生矿物导致As被重新吸附，降低溶液中As浓度，土壤固相中无定形Fe、Mn含量的增加也会促使溶液中As浓度降低，因此铁锰结核对土壤-溶液中As迁移转化具有正向调控，会降低水稻对As的富集。 （3）在铁锰结核存在的基础上进一步添加有机质（水稻秸秆），发现其促进了As在水稻中的富集，增强水稻对无机As的吸收，因而在含有铁锰结核的水稻田不适宜推广秸秆还田。长期淹水条件下，添加有机质会导致铁锰结核土壤中的生物有效性As升高，As主要形态也由稳定态转为不稳定态As，说明有机质促进铁锰结核土中结晶态的As还原溶解与形态转化；添加有机质会稍逆转铁锰结核对土壤溶液的正向调控，促使Fe（氢）氧化物的还原溶解释放As，以及溶解性有机碳（DOC）与As在土壤矿物表面竞争吸附和溶解态As-DOC复合物的形成，导致溶液中As浓度增加。
铁锰结核;砷;稻田土壤;铁锰氧化物;污染防治
中国矿业大学;中国矿业大学(江苏)
硕士
环境科学
裴宗平
2023
中文
X53
2023-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）