污染土壤中砷锑的硫化-再氧化循环释放与固定机制研究

本研究揭示了硫化与再氧化循环对污染土壤中砷（As）和锑（Sb）迁移转化的关键影响。通过多轮氧化还原实验，发现硫化阶段As和Sb大量释放（最高达45.9%和21%），再氧化时As完全固定而Sb部分残留。机制涉及S(-II)与As(V)/Sb(V)的配体交换、铁矿物还原溶解及新形成铁氧氢氧化物（Fe oxyhydroxides）的再吸附，为动态 redox 环境（如稻田/湿地）中污染物治理提供理论依据。

　　

Section snippets

Chemicals and soil samples

九水合硫化钠（Na?S·9H?O, 99%）、氢氧化钠（NaOH, 96%）、硫酸铁铵（NH?Fe(SO?)?·12H?O, 99%）和浓盐酸（HCl, 99%）购自国药化学试剂有限公司。HEPES缓冲剂（98%）和p-氨基二甲基苯胺（C?H??N?, 96%）分别来自BioFroxx和上海麦克林生化科技有限公司。选择HEPES作为pH缓冲剂因其对金属离子络合作用极弱。

Basic properties of the three soils

X射线衍射分析显示三种土壤主要矿物相为石英、十字石、高岭石、绿泥石及其他含铁矿物（图S1）。粉质壤土、粉质黏土和细砂的总砷含量分别为529、639和595 mg/kg，总锑含量分别为171、24.6和11.6 mg/kg。但不同形态的砷锑占比随土壤质地显著变化（表1），粉质黏土中可交换态砷占比最低（仅1.1%），而细砂中非特异性吸附态锑高达21.3%。

Conclusion

本研究揭示了硫化与再氧化循环中溶解态砷（As_dis）和锑（Sb_dis）的释放与固定规律：硫化阶段两者从污染土壤中释放，再氧化时砷被完全固定而锑部分残留。随着循环次数增加，溶解锑浓度持续累积。机制涉及硫离子（S(-II)）与矿物表面砷锑的配体交换、铁氧化物还原溶解以及新形成铁氧氢氧化物对污染物的再吸附。

Environmental implication

砷（As）和锑（Sb）的迁移转化与铁硫循环紧密关联，但硫化-再氧化对实际污染土壤中二者行为的影响尚不明确。本研究通过批次实验揭示：硫化促进砷锑释放，再氧化时砷易固定而锑易残留，多轮循环导致锑持续累积。成果对理解稻田、湿地等动态氧化还原环境中污染物归趋具有重要价值。

CRediT authorship contribution statement

Jinguang Xiao： 原始草案撰写、方法设计、实验操作、概念化。

Peng Zhang： 评审编辑、原始草案、监督、资源协调、概念化。

Lecheng Liao： 方法优化、实验操作。

Zhuofeng Yu： 方法实施、数据整理与分析。

Songhu Yuan： 评审编辑、项目管理、资金获取。

Wu Xiao： 评审编辑。

Declaration of Competing interest

作者声明无已知竞争性财务利益或个人关系影响本研究。

Acknowledgments

工作得到国家自然科学基金（42025703, 42377056）、国家重点研发计划（2023YFC3706505）和中国电建核心技术攻关项目（DJ-HXGG-2022-10）支持。