我国是受砷污染影响较严重的国家,据2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》,全国土壤中砷的点位超标率为2.7%。贵州省高砷煤矿区周围的耕地受到不同程度的污染,土壤砷含量在5.25mg/kg~234.14 mg/kg之间。贵州山多地少,土地承载负荷较大,土地利用形势严峻,很多污染农田不得不继续用于农业生产。利用化学钝化剂来修复或调控砷污染农田土壤已被认为是一种有效且经济的措施。本文以某高砷煤矿周边砷污染农田土壤为研究对象,选择对土壤砷具有固定能力的铁氧化物(水铁矿)和工业副产品(磷石膏)为钝化剂材料,对比分析两种钝化剂对作物吸收砷的影响,明确两种钝化剂对不同根际条件下砷生物有效性及其对土壤砷赋存形态的影响,结合作物生理指标、初步探索钝化剂钝化土壤砷的作用机理以及其根际效应。主要研究结果如下:(1)两种钝化剂对高砷煤矿周边农田土壤的砷具有较好的钝化效果,表现为有效抑制作物对砷的吸收、促进作物生长发育以及降低土壤有效态砷含量。与空白相比,磷石膏处理下作物地上部分砷含量最高可降低24.25%,作物干重增加17.14%~66.66%,土壤有效砷态降低率为19.12%~24.48%;水铁矿处理下作物地上部分砷含量最高可降低25.95%,作物干重增加20.10%~433.33%,土壤有效砷态降低率为2.19%~29.26%。(2)钝化剂可提高四种作物对砷胁迫的抵抗能力。水铁矿施加能够降低作物的砷转运系数。除空心菜以外,水铁矿处理下作物对砷的转运系数均低于磷石膏处理,且低于空白。随着钝化剂的施用,叶绿素含量整体都呈现升高的趋势,磷石膏和水铁矿的处理下叶绿素增加范围在2.8%~21.2%和15.7%~23.6%。作物叶片抗氧化系统酶受砷的影响因作物类型而异,SOD受钝化剂的影响较大,尤其是磷石膏处理。其中磷石膏处理下显著增加白菜作物叶片SOD活性,增加率高达71.38%。钝化剂将砷截留在根表细胞中、或积累在细胞壁中,并通过区室化作用储存在液泡中,降低砷对作物根系细胞的损伤。(3)施用钝化剂可影响根际土壤砷的有效性,改变土壤微生物群落结构,使多种微生物群落得到抑制或增强。钝化剂可显著降低根际土壤有效态砷含量。与空白相比,磷石膏和水铁矿的处理下根际土壤有效态砷含量最高可降低30.42%和38.50%,其中水铁矿施加能增高土壤p H。此外,与空白相比,钝化剂可降低迁移性强的弱酸可提取态、可还原态、可氧化态砷的比例,促进了土壤砷由迁移性强的形态迁移性弱的形态转化。钝化剂可改变作物根际微生物群落结构,改善有益菌群的丰度,缓解砷对作物的胁迫。在门水平下,钝化剂提高了蔬菜(除油菜)土壤中绿弯菌门(Chloroflexi)的相对丰度,提升了四种作物根际土壤中变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度,降低酸杆菌门(Acidobacteria)的相对丰度。(4)钝化剂对高砷煤矿周边农田土壤砷的钝化机理可能为:其一,钝化剂直接固定土壤中非稳态的砷;其二,通过钝化剂-作物根系-根际微生物协同作用,提高作物耐性、增加有益微生物群落丰度、降低砷的胁迫,促进作物健康生长。