砷是一種廣泛存在于水土環境中的有毒重金屬元素,會對人類健康造成嚴重威脅。砷的賦存形態是決定其環境行為和生物有效性的主要因素之一。對土壤中砷形態及行為的深入理解有助于進一步認識砷在環境中的遷移轉化過程以及建立合理的砷污染土壤修復方法。還原環境中硫酸鹽的微生物還原過程對砷的形態轉化和界面行為有較大影響,然而目前對這一復雜體系中砷的賦存形態及再分配過程的認識仍然不清晰。
基于此,中國科學院沈陽應用生態研究所環境分子科學課題組的許麗英副研究員等科研人員針對厭氧環境下微生物硫化作用對土壤砷的遷移轉化與再分配過程進行了深入研究。研究人員以遼寧沈陽張士污灌區的砷污染土壤為研究對象,通過額外加入硫酸鹽的形式形成研究體系,對轉化過程中的固相產物進行化學提取及同步輻射表征。研究結果表明:在硫酸鹽還原過程中,土壤中的鐵氧化物轉化形成了硫化亞鐵沉淀,鐵并未釋放到液相中,在還原初始階段,五價砷會釋放到液相中并被還原成三價砷,隨著液相中負二價硫離子含量的增多,砷也可能會形成硫化砷沉淀而使得液相中的砷含量呈現降低的趨勢。當液相中的硫離子含量進一步增加時,固相中的砷還可能以硫代砷的形式重新釋放到液相中,到轉化的最后階段,液相中的砷還可能以介入到鐵硫化物或鐵氧化物晶格中的形式而重新固持到固相中。該研究對污灌區硫酸鹽濃度較高的土壤中砷的遷移轉化具有指導性的意義。
該研究得到了國家自然科學基金(41273133,41530643,41173119)的支持。研究結果以Speciation change and redistribution of arsenic in soil under anaerobic microbial activities為題在線發表于Journal of hazardous materials雜志上(2016, 301: 538–546, DOI: 10.1016/j.jhazmat.2015.09.030)。