异化Fe(Ⅲ)还原对土壤砷形态的影响及砷释放机制

铁的微生物还原以Fe(Ⅲ)为末端电子受体在厌氧条件下氧化有机物的产能过程，在生物地球化学循环中起着重要的作用。砷是一种在自然界广泛存在的有毒并且致癌的非金属元素，砷污染已成为全球危害十分严重的环境问题之一。由于砷在土壤中的移动性、毒性及生物有效性在很大程度上取决于其存在形态，所以对土壤中砷的形态及其转化的研究也尤为重要和迫切。.本项目围绕铁微生物还原体系中砷的形态及其转化过程，通过土壤泥浆厌氧培养试验，结合土壤中各价态与形态砷的动态分析，研究铁微生物还原对土壤中砷的氧化-还原、溶解-沉淀、甲基化-脱甲基化过程的影响，揭示铁异化还原对土壤砷形态转化的作用机制，并分别用生理原理提取法（PBET）和毒性浸出程序（TCLP）方法表征、植物培养吸收试验验证各形态砷的生物可利用性，探讨土壤砷生物有效性与生物可给性的影响因素及其调控措施，为土壤砷污染诊断、潜在环境风险评估及开展砷污染修复提供科学依据。

本项目围绕铁微生物还原体系中砷的形态及其转化过程，研究铁微生物还原对土壤中砷的氧化-还原、溶解-沉淀、甲基化-脱甲基化过程的影响，解析Fe(Ⅲ)还原条件下土壤中不同形态砷的生物有效性、影响因素及其调控措施。. 采用振荡平衡法和柱淋洗法，比较分析了几种典型铁氧化物水铁矿、磁铁矿和纤铁矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附及其砷淋溶迁移的保留固定能力，溶液pH以及磷酸盐、腐殖酸显著影响As(III)和As(V)的吸附和淋溶，研究揭示了铁氧化物在控制土壤砷移动上的作用。. 通过室内密闭培养试验，考察了铁氧化物对As(III)和As(V)的氧化/还原能力，探讨了异化Fe(Ⅲ)还原介导的砷氧化还原转化，阐明铁微生物还原与砷氧化还原之间的相互关系，Fe(III)被还原为Fe(II)的同时伴随着As(III)氧化为As(V)。. 选择两种天然含砷铁矿毒砂（FeAsS）、臭葱石（FeAsO4﹒2H2O）为对象，研究了铁还原菌Shewanella oneidensis MR-1和Shewanella sp. strain MR-1对铁砷矿物中的砷、铁释放动力学以及释出砷的形态转化过程及其影响因素，研究发现铁还原菌可还原溶蚀铁砷矿物并将砷、铁释放，释出的砷可进一步形态转化，As(III)氧化生成As(V)，无机砷转化为有机砷，MMA为第一甲基化产物，MMA极易转化为二甲基砷DMA，温度、环境pH、外源Fe(III)、甲基供体都会影响铁还原菌对铁砷矿物的还原溶解与砷甲基化效率。. 通过以上研究，揭示了Fe(Ⅲ)的微生物还原对土壤中砷形态转化的影响，阐明了Fe(Ⅲ)还原介导砷形态转化与释放的微生物-化学作用机制。研究结果可为砷在自然环境中的迁移转化、与铁氧化物的共沉淀关系以及铁砷矿物的还原溶解与砷再释放机制提供科学依据；同时，也对土壤砷污染诊断、潜在环境风险评估及开展砷污染修复具有重要的指导意义。