砷化合物的广泛应用以及近来世界各地砷污染问题的普遍增多,受到越来越多的研究者的重视和关注。砷通过污灌、含砷农药的使用、肥料的投入及大气沉降等途径进入农田,进而通过人体和动物的使用进入食物链,最终将危害人类健康。砷化合物在自然界多数以硫化物形式存在,活性和生物有效性都比较低;但进入土壤中的砷化合物主要是以As(Ⅴ)形态存在,因此其活性和生物有效性较高。不同形态砷的毒性和有效性差异很大,通常情况下,As(Ⅲ)的有机衍生物毒性最强,其次是As(Ⅲ)、As(Ⅴ)、DMA(二甲基砷)、MMA(一甲基砷),而AsB(砷甜菜碱)、AsC(砷胆碱)则几乎没有毒性并且主要存在于海洋生物和植物中。砷化合物进入土壤以后,在土壤动物和土壤微生物的作用下,会发生物理、物理化学、生物化学等过程,进而发生形态和价态变化,改变其毒性和生物有效性。由于砷的形态变化可以影响其毒性,研究土壤中砷的形态转化规律、植物有效性及其在植物体内的存在形态等,对防治和预防砷的毒害,提高农产品质量,更好地制定土壤和农产品质量标准具有重要意义。本文通过对土壤中不同形态砷的提取方法研究,确定提取土壤中不同形态砷的最优方法;通过室内培养土壤实验,研究有机砷和无机砷进入土壤后的动态转化规律,及其土壤水分含量对各不同形态砷转化的影响;通过盆栽试验,研究进入土壤的有机无机砷化合物对植物的毒性、有效性及其在植物体内的存在形态的影响,通过本研究主要获得以下结果:1.超声波提取是提取土壤中不同形态砷最优方法,其对于不同形态砷的回收率除As(Ⅲ)外,均在84%以上,提取量显著高于振荡和离心提取。2.土壤室内培养试验表明,进入土壤的砷化合物(As(Ⅴ)、DMA、MMA)主要发生脱甲基化过程,甲基化和还原过程很难发生。As(Ⅴ)进入土壤后主要发生吸附解吸;DMA、MMA进入土壤后脱甲基生成As(Ⅴ),并伴随吸附解吸作用;不同土壤水分含量不能直接影响各种砷化合物形态转化的产物,只能影响其转化过程;DMA、MMA在35%最大田间持水量,70%最大田间持水量,>100%最大田间持水量(淹水)时其完全转化期分别为:120d、60d、30d;150d、60d、60d。同样环境条件下,DMA的脱甲基化速率明显快于MMA;DMA、MMA两种有机砷的最快转化的土壤水分条件分别为>100%最大田间持水量和70%最大田间持水量。3.外源砷进入土壤以后会通过挥发作用有一部分进入到空气当中,其中DMA和MMA的挥发较多,无机砷As(Ⅴ)则几乎不发生挥发;在70%最大田间持水量时,DMA、MMA的挥发率占总砷的比例分别为18.1%、12.0%。4.对植物中砷形态的研究结果表明,在第二季盆栽小油菜中,主要存在形态为As(Ⅲ)和As(Ⅴ),并且在DMA和As(Ⅴ)处理同浓度时,小油菜体内含量和形态都没有显著差异。原因是由于经过2个多月的盆栽第一季试验后,DMA已经基本转化为As(Ⅴ)了。5.外源砷进入土壤后,随着浓度的增加对小油菜的生物量影响越大,尤其表现在DMA和MMA。DMA的含量达到60mg/kg时,使小油菜致死。不同形态砷的生物毒性为:DMA>MMA> As(Ⅴ);砷的移动性为:DMA≥MMA> As(Ⅴ)。DMA、MMA处理在同浓度水平时,小油菜的地上部分中的总砷含量显著高于As(Ⅴ)处理。6. As(Ⅴ)处理小油菜植株内主要存在形态为As(Ⅲ)和As(Ⅴ);DMA处理小油菜植株中的主要存在形态为DMA,其次为As(Ⅴ)和As(Ⅲ);MMA处理小油菜中存在4种形态的砷,主要存在形态为MMA,其次为As(Ⅴ)和As(Ⅲ),再次为DMA。说明植物吸收利用的主要为土壤中有效态含量较高的形态,但也会随植物吸收过程而产生形态变化。在同浓度水平下,二甲基砷酸钠盐的毒性和有效性显著低于二甲基砷酸,二甲基砷酸钠盐使小油菜的致死浓度为60mg/kg,而二甲基砷酸的致死浓度为15mg/kg,甚至更低。本研究的相关结论,在一定程度上揭示了土壤水分含量对土壤中不同形态砷转化的影响,探索了DMA、MMA、As(Ⅴ)在土壤中的动态转化过程;以及不同形态砷的植物有效性和其在植物中的形态,为进一步研究土壤砷的修复和转化机制,减少植物吸收利用机制及其在国际和国家标准中的形态和含量的制定提供参考依据。