农田土壤中砷的调控原理与技术

砷是严重威胁农产品质量安全和人类健康的类金属元素。本书基于我国农田砷污染现状，从降低农田砷活性、减少作物砷吸收和转运、保障农产品安全生产角度出发，系统阐述了我国农田土壤中砷的基本状况、土壤对砷的吸附解吸与固定、外源砷在土壤中的形态转化及其有效性、水分状况对土壤中砷有效性的影响。在此基础上，介绍了客土改良、施用钝化剂、应用低累积作物、调控微生物、采用不同农艺措施等对降低作物砷吸收及保障农产品安全的作用和效果，并展望了相关研究的重点、方向及应用前景。
本书对砷中轻度污染农田安全利用有十分重要的指导意义，可供重金属污染土壤修复与安全利用、土壤健康、农业资源环境等领域的科研人员、高校教师，以及技术推广人员阅读参考。

丛书序
前言
第一章我国农田土壤中的砷1
第一节我国农田土壤中砷的状况及来源1
一、矿物和土壤中的砷1
二、农田土壤中砷的状况2
三、农田土壤中砷的来源4
第二节设施土壤中的砷5
一、设施农业可能存在的环境问题5
二、设施土壤中砷的累积与迁移6
三、几种农业利用方式下土壤砷的累积比较10
第三节关于农田砷超标的几点思考14
一、土壤砷含量标准的制定14
二、对砷等重金属“超标”与“污染”农田的基本考虑15
三、砷等重金属超标土壤的安全利用15
参考文献16
第二章土壤对砷的吸附解吸与固定18
第一节土壤类型对砷吸附解吸的影响19
一、不同类型土壤对砷的等温吸附20
二、不同类型土壤对砷的吸附动力学23
三、几种土壤对吸附砷的解吸25
第二节不同矿物对砷的吸附和解吸26
一、几种矿物的形貌及X射线光谱表征27
二、几种矿物对砷的等温吸附31
三、几种矿物对砷的吸附动力学34
四、几种矿物对所吸附砷的解吸35
第三节土壤和矿物吸附砷的影响因素36
一、pH的影响37
二、共存离子的影响38
三、有机质的影响41
四、反应时间的影响43
五、温度的影响43
六、离子强度的影响44
第四节纳米水铁矿对砷的吸附、固定及稳定化机制45
一、纳米水铁矿对As（Ⅴ）的吸附固定45
二、未种植作物条件下纳米水铁矿对土壤砷的稳定化效应55
三、种植作物条件下纳米水铁矿对砷有效性的影响61
四、纳米水铁矿在土壤中的运移及其对砷固定和迁移行为的影响68
参考文献76
第三章外源砷在土壤中的形态转化及其有效性84
第一节土壤中砷的迁移转化及影响因素84
一、土壤中砷的分析测定及主要存在价态84
二、砷在土壤中的迁移转化86
三、砷在土壤中迁移转化的影响因素88
第二节外源砷在土壤中的形态转化89
一、外源As（Ⅴ）在土壤中的转化90
二、外源DMA在土壤中的转化91
三、外源砷在土壤中的吸附与转化93
第三节土壤中砷的老化及生物有效性94
一、土壤中砷含量与生物有效性94
二、土壤中砷存在的结合形态95
三、砷在土壤中的老化及影响因素96
第四节外源砷在几种母质发育红壤中的老化过程101
一、不同母质发育红壤基本理化性质的差异102
二、外源砷在不同成土母质发育红壤中有效性的变化103
三、外源砷在不同成土母质发育红壤中各结合态随老化时间的变化107
四、土壤中各结合态砷与有效态砷含量的关系110
五、砷在不同母质发育红壤中有效性影响因素110
六、砷在不同母质发育红壤中的老化机理112
第五节外源砷在不同区域典型土壤中的老化过程113
一、砷在不同类型土壤中有效性的变化115
二、外源砷进入不同类型土壤后各结合态砷随老化时间的变化121
三、土壤中各结合态砷与有效态砷含量的关系125
四、不同土壤类型对外源砷老化过程及有效态砷含量的影响126
第六节外源砷在土壤中老化半机理模型的构建与验证130
一、土壤理化性质对外源砷老化过程的影响132
二、外源砷在土壤中老化半机理模型的构建和分析134
三、外源砷在土壤中老化半机理模型有效性的验证139
四、土壤理化性质对外源砷老化机制的关键作用141
参考文献143
第四章水分状况对土壤中砷有效性的影响151
第一节水分状态对不同形态外源砷在土壤中转化的影响151
一、大田水分条件下不同形态外源砷在土壤中的转化151
二、淹水条件下不同形态外源砷在土壤中的转化156
第二节不同水分管理模式下外源磷对非稳态砷的影响159
一、田间饱和持水量下磷素对土壤中非稳态砷的影响160
二、干湿交替条件下磷素对土壤中非稳态砷的影响164
三、不同水分管理模式下磷素对土壤中砷的影响对比171
四、不同水分管理模式下磷素对土壤中非稳态砷的影响规律173
第三节不同水分管理模式下水铁矿稳定性的变化及其对砷化学行为的影响175
一、水铁矿向结晶态铁氧化物的转化以及不同铁氧化物结合态砷的变化过程176
二、添加外源水铁矿后土壤中非稳态铁的变化177
三、添加外源水铁矿后土壤中非稳态砷、化学提取态砷和土壤溶液中砷的变化179
四、不同水分条件下土壤Eh和Fe（Ⅱ）浓度的变化179
五、添加外源水铁矿后对砷迁移动力学的影响181
六、水铁矿稳定性的影响因素182
参考文献185
第五章客土改良法对土壤中砷的调控188
第一节客土改良技术及应用188
一、客土及客土改良技术188
二、客土改良技术的应用188
三、砷污染土壤修复方法及客土改良技术应用前景189
第二节不同客土比例对砷污染土壤中作物生长的影响191
一、不同客土混合比例对大豆生长的影响192
二、不同客土混合比例对大豆各部位砷含量的影响192
三、土壤中分级提取态砷含量196
第三节不同客土覆盖厚度对砷污染土壤上作物生长的影响198
一、不同客土覆盖厚度对大豆生长的影响198
二、不同客土覆盖厚度对大豆植株累积砷含量的影响199
三、不同客土覆盖厚度对大豆富集砷能力的影响199
四、土壤中有效态砷含量与大豆各部分砷含量的关系200
五、小结200
第四节钝化剂强化客土修复对砷污染土壤的影响203
一、不同类型钝化剂对油菜生长的影响203
二、不同类型钝化剂对油菜吸收砷的影响204
三、不同类型钝化剂对土壤有效砷含量的影响205
四、不同类型钝化剂对土壤各形态砷含量的影响206
参考文献208
第六章钝化剂对土壤中砷有效性的影响213
第一节常用土壤砷钝化剂的作用机理及其调理效果的影响因素213
一、土壤中常用的砷钝化剂213
二、钝化剂调理土壤中砷的机理215
三、钝化剂对土壤砷调控的影响因素217
第二节几种钝化剂对砷调控效果的研究218
一、不同钝化剂对溶液中砷的去除效果比较219
二、不同钝化剂对土壤中砷调控效果的比较231
第三节钝化剂对土壤中砷生物有效性影响247
一、不同钝化剂对小油菜生长及各形态砷影响的研究248
二、钝化剂添加比例对土壤中砷生物有效性的影响及后效作用255
三、钝化剂对植物根际砷行为的影响269
参考文献280
第七章作物对土壤中砷的吸收及其调控289
第一节作物对土壤中砷的吸收289
一、农田中砷的环境行为289
二、作物对土壤中砷的吸收292
三、土壤中砷生物有效性的调控方法294
第二节土壤砷含量对不同作物吸收转运砷的影响298
一、土壤砷含量对玉米和小白菜生长的影响299
二、土壤砷含量对玉米和小白菜吸收砷的影响300
三、土壤砷含量与作物安全生产306
第三节育苗期营养调控对作物吸收砷的影响307
一、育苗期不同调控措施对玉米生长的影响307
二、育苗期不同调控措施对玉米吸收转运砷的影响312
三、育苗期营养调控降低作物吸收砷的可行性320
参考文献322
第八章低累积作物的筛选与应用328
第一节砷污染农田与低累积作物328
一、中轻度砷污染农田安全利用现状328
二、作物对砷的吸收和代谢机制329
三、砷低累积作物研究进展330
四、砷低累积作物筛选方法331
第二节水培法筛选砷低累积作物333
一、水培条件下砷对生菜和苋菜生长的影响334
二、水培条件下生菜和苋菜对砷耐性的大小比较338
三、生长旺盛期和全生育期水培条件下生菜和苋菜地上部及地下部的砷含量339
四、生长旺盛期和全生育期水培条件下筛选砷低累积作物342
第三节土培法筛选砷低累积蔬菜的研究345
一、土壤砷含量对生菜和苋菜生长的影响346
二、土壤砷含量对生菜和苋菜砷吸收量的影响347
第四节砷低累积作物的筛选方法比较351
一、短期吸收试验筛选法351
二、磷/砷比值筛选法352
参考文献357
第九章微生物对土壤中砷的富集与转化361
第一节微生物富集和转化砷的原理361
一、微生物在砷地球化学循环中的作用361
二、微生物富集砷的可能机理363
三、微生物转化砷为挥发性砷的可能机理364
四、已发现的具有富集与转化挥发砷能力的真菌365
五、真菌富集与转化挥发砷功能的应用367
第二节真菌对砷的富集和转化挥发作用367
一、高耐砷真菌的分离与耐砷能力比较367
二、真菌对砷的富集与转化挥发370
第三节耐砷真菌修复砷污染土壤的应用378
一、棘孢木霉菌对外源砷胁迫下小油菜生长及砷吸收影响的实验设置379
二、土壤接种棘孢木霉菌降低小油菜砷胁迫的效果379
三、土壤接种棘孢木霉菌降低小油菜砷胁迫的可能机理384
第四节耐砷细菌对砷氧化还原作用的探究385
一、微生物对砷的氧化还原及甲基化作用385
二、耐砷优势细菌的分离、筛选及形态和分子生物学鉴定389
三、三株耐砷优势细菌对砷的氧化还原作用393
参考文献395
第十章农艺措施对土壤中砷的调控403
第一节概述403
第二节有机酸对As（V）在土壤中老化的影响404
一、不同类型有机酸对As（V）在土壤中老化的影响404
二、有机酸添加量对As（V）老化过程中土壤砷含量变化的影响407
第三节磷素添加对土壤中砷老化形态与植物有效性的影响及机理413
一、土壤-植物系统中磷、砷的相互关系413
二、DGT技术和DIFS模型在测定土壤中的非稳态磷和砷方面的应用417
三、磷素添加对砷老化后土壤中非稳态砷的影响418
四、磷素对土壤中砷植物有效性的影响428
参考文献439
第十一章研究展望445
一、农田生态系统中砷的快速检测、溯源与源头阻控技术445
二、农田中砷的环境行为及风险评价技术研究446
三、农田砷活性调控及作物吸收阻控技术446
四、低吸收砷作物筛选利用与农艺调控技术447
五、砷与其他污染物复合污染耕地的修复与安全利用448
六、农产品产地砷等重金属安全保障体系与政策448
参考文献449
附录1团队相关博士后研究报告和研究生学位论文451
附录2团队发表的相关学术论文453