土壤中砷的来源及迁移释放的影响因素

砷是一种高致癌风险的类金属,自然环境中高砷(As)含量可对人类和生态系统构成直接的健康威胁。我国砷污染问题尤为突出,土壤中砷平均含量为11.2 mg/kg,约为世界平均值的1.5倍。水稻是我国受砷污染的主要粮食作物,我国人均砷摄取量约为42 µg/d,相当于美国、加拿大、澳大利亚及法国总砷摄入量的4倍~4.7倍,其中通过大米摄入的砷占总砷摄入量的60%,较高含砷量的稻米使得以之为主食的人民的健康受到严重威胁。近年来许多学者致力于砷的地球化学行为和降低砷对人体毒害的研究,已取得了一系列的成果,但砷的环境行为受诸多因素的影响,相互作用机理复杂,本文从影响砷的主要物质出发,定性探讨各因素影响土壤中砷的固定释放过程,以便进一步理解环境中砷的迁移转化规律,降低人体摄入砷的风险。
土壤中砷的来源及迁移释放的影响因素
1、铁矿物对砷的影响
沉积物和土壤环境中的铁矿物存在广泛的吸附砷过程,铁矿物吸持砷是一种有效的自然衰减过程,可显着降低高砷水体中的砷浓度。例如,大多数土壤和沉积物中的铁矿物能与As(V)强烈结合,尤其是具有高比表面积的铁矿物;而As(III)的吸附更具特异性,与Fe(III)(氢)氧化物结合最明显。不同类型的铁矿物对砷的吸附机制以及特点详见表1。
2、铝氧化物对砷的影响
铝氧化物对砷的固定起着重要作用,其作用受到氢氧化铁强烈的干扰,因此研究通常将铝和铁综合一起讨论。Goldberg和Johnston指出三者相互关系为:As(V)在铝(氢)氧化物或铁(氢)氧化物表面形成亲和力较强的内层吸附;而As(III)在铁(氢)氧化物表面同时形成内层和外层吸附,但在铝(氢)氧化物表面只能形成外层吸附,因此As(III)极易从铝(氢)氧化物表面解吸。铝和铁对砷的吸附和释放影响机制如图1所示。
土壤中砷的来源及迁移释放的影响因素
图1 铝铁氢氧化物对砷的吸附及影响机制
3、结论与展望
砷具有独特的物理和化学性质,研究分析表明,造成砷向环境迁移的主要原因是铁锰氧化物矿物的还原溶解、黄铁矿等硫化物矿物的氧化溶解、铝氢氧化物表面的砷还原、有机质抑制砷吸附以及Eh降低和pH升高。未来对砷的深入研究应集中在下列3个方面:(1)定量探讨上述因素在不同性质的土壤中的相互影响作用以及促进砷释放的相对贡献值;(2)进一步研究厌氧条件下铁砷还原与氧化过程的动力学机制以及铁砷耦合的主要影响因素;(3)研究环境中不可培养的砷代谢微生物对砷固定释放的影响。
作者:安礼航,刘敏超,张建强,黄 玲,陈志良
单位:五邑大学生物科技与大健康学院;生态环境部华南环境科学研究所;广东省农田重金属污染土壤治理与修复工程技术研究中心
卷期:《土壤》2020年第52卷第2期
 

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