砷(As)是一种具有高毒性和强致癌的类金属元素,因其对人类健康和生态安全构成巨大威胁而引起了广泛关注。水稻是我国主要的粮食作物之一,稻米中砷含量超标严重危害人类健康。如何降低As的生物有效性,缓解水稻土 As污染,从而减少水稻As积累是当前研究的热点。施氏矿物(Schwertmannite,简称Sch)表面存在大量的羟基、硫酸根等基团,且比表面积大,对砷表现出极强亲和力,然而对于是否能够通过向砷污染土壤中施加施氏矿物从而控制土壤中砷向水稻的转运仍不清楚。另一方面,施氏矿物的亚稳态结构使其极易向晶型较好的形态发生转变,而土壤环境中pH、ORP、共存阴离子等因素均可能影响施氏矿物的矿相转变,这种转变如何影响施氏矿物阻控水稻吸收转运砷仍不清楚。因此,本文研究了施氏矿物在土壤中的矿相转变及其对土壤中砷行为的影响,并进一步探讨了其对水稻植株吸收砷的影响,为施氏矿物修复砷污染土壤提供了一定的技术参考,对土壤污染化学修复实践具有重要意义。主要研究结果如下:1.阐明了施氏矿物在土壤中的矿相转变过程及其影响因素。XRD结果显示,在有氧湿润条件下,施氏矿物可以在土壤中稳定存在90天而不发生矿相转变;然而,在淹水厌氧环境中,施氏矿物在第15天发生非常明显的矿相转变,转化程度为5%Sch>1%Sch>对照,针铁矿是矿相转化的最终产物。土壤中水分含量在控制施氏矿物在土壤中的矿相转变中起重要作用。孔隙水中Fe2+浓度远大于Fe3+浓度,最高可达1388 mg·L-1,说明Fe2+是催化施氏矿物发生矿相转变的驱动因子。施加施氏矿物会降低土壤pH值,升高土壤Eh值,这些因素也会影响施氏矿物发生矿相转变。2.分析了施氏矿物矿相转变对水稻土中砷行为的影响。在淹水、间歇灌溉条件下,施氏矿物对土壤溶液中的总砷、As3+均有非常明显的吸附固定效果。并且,连续提取实验表明,施氏矿物对土壤颗粒中非专性吸附态和专性吸附态砷也有很高的吸附固定能力。施加5%Sch对砷的固定能力明显大于施加1%Sch。施加5%Sch后,土壤孔隙水中总砷浓度在90天内始终稳定在10μg·L-1,而且尽管施氏矿物在淹水厌氧环境中发生了矿相转变,但被吸持的砷在90天内均没有发生释放,表明施氏矿物可以长期高效降低砷在土壤中的移动性和有效性。3.探讨了施氏矿物对水稻植株生长发育及吸收砷的影响。添加5%Sch对水稻产生了毒害作用,使水稻无法生长;低浓度(0.1%、0.5%Sch)施氏矿物的施用对水稻鲜重和分蘖数具有一定的促进作用,而高浓度(1%Sch)施氏矿物的施用会减少谷物产量。Fe2+浓度和pH值可能是影响水稻生长的主要因素。施用施氏矿物通过降低土壤中砷的移动性和有效性,从而有效降低水稻根系和糙米对As积累。