土壤作为人类生存和发展的基石,粮食作物生产的物质基础,由于人为活动影响,出现了严重的砷镉等重金属污染,对粮食作物的安全生产和人体健康造成威胁。化学钝化法具有修复面积广、效果好等优越性,在土壤重金属污染修复中受到广泛关注。钝化药剂通常是固体粉末,在土壤中自然扩散慢,产生作用效果慢。而且在土壤中,砷和镉分别以阴离子和阳离子形式存在,它们在带有负电荷的土壤中赋存形态及迁移能力显著不同,这使得土壤砷镉复合污染钝化修复变得困难。因此,开展土壤镉砷复合污染的新型吸附固定技术及药剂研发具有重要的环境意义。零价铁对砷具有很强的吸附、沉淀能力,对镉也具有一定的固定修复作用。硫代硫酸钠对镉具有络合、提取功能,它在土壤中转化为其它硫化物而结合固定土壤镉。本研究提出了硫代硫酸钠原位提取-零价铁吸附固定的砷镉同步修复思路,以实际农田土壤为研究对象,采用土壤培养实验、盆栽实验,研究硫代硫酸钠和零价铁粉对砷和镉污染土壤的钝化修复效果,筛选了对土壤砷和镉复合污染具有钝化修复作用的药剂,最后通过大田试验验证修复药剂的效果。(1)采用土壤吸附实验和土壤培养实验,研究了硫代硫酸钠对镉和砷的土壤固定效果。等温吸附实验结果显示,硫代硫酸钠通过与镉离子络合作用,降低土壤对镉离子的吸附性能,促进镉离子从土壤固相进入到土壤溶液中,溶液中残存的镉离子浓度较对照提升1.55-6.18倍。28天土壤培养实验显示,硫代硫酸钠降解率为83.22%-98.26%,土壤中有效镉含量降低2.04%-3.20%。土壤镉各形态占比由对照处理的铁锰氧化物结合态镉、可交换态镉>残渣态镉、碳酸盐结合态镉,变化为残渣态镉、铁锰氧化物结合态镉>可交换态镉、碳酸盐结合态镉,其中残渣态镉占比增加11.93%-35.76%。0.1%和0.5%硫代硫酸钠处理的固定效果好。类似地,硫代硫酸钠处理使土壤中有效砷含量降低0.83%-13.37%,残渣态砷含量增加5.98%-9.93%。(2)采用吸附实验和土壤培养实验,研究了零价铁对砷和镉的吸附固定效果。结果表明:零价铁能高效去除溶液中洛克沙胂和阿散酸,0.50 g/L添加量下去除率均达100%,溶液中无机砷含量先增加后降低。XPS分析显示吸附剂表面均有三价砷和五价砷检出,表明零价铁通过类芬顿氧化、共沉淀、吸附等作用去除洛克沙胂和阿散酸。28天土壤培养实验显示,零价铁0.5%和1.0%添加量下,土壤洛克沙胂和阿散酸残存含量比对照分别降低93.44%-93.89%和75.71%-79.23%,有效砷含量比对照降低11.32%-23.72%。土壤中各形态砷占比由对照的残渣态砷>有机结合态砷>碳酸盐结合态砷>铁锰氧化物结合态砷>可交换态砷,变化为残渣态砷>有机结合态砷>铁锰氧化物结合态砷>碳酸盐结合态砷、可交换态砷,其中残渣态砷含量增加33.07%-41.10%。类似地,零价铁能有效去除镉离子,XPS分析显示去除过程部分镉离子被还原为Cd(0)。土壤培养28天后,有效镉比对照降低5.7%-22.78%,残渣态镉占比比对照增加7.07%-24.25%。(3)采用小麦盆栽实验,研究了零价铁与硫代硫酸钠的复配对土壤中砷镉赋存形态的影响以及小麦吸收砷和镉的变化。结果表明:不同比例零价铁和硫代硫酸钠复配(3:1—1:3),与对照相比降低土壤有效砷20.06%-38.34%,促进可交换态和碳酸盐结合态砷向残渣态砷转化,降低土壤有效镉2.28%-19.28%,促进可交换态镉向残渣态镉转化。铁硫复配物添加量增加,土壤中砷和镉的钝化效果增强。不同复配药剂处理下,小麦地上部分中总砷和总镉含量均低于对照,分别降低45.89%-64.96%和42.92%-66.13%。铁硫复配物加入腐殖酸钠、木质素磺酸钠、菱镁矿灼烧粉等辅助成分,制成铁硫复合药剂处理土壤后,小麦地上部分总砷比不施药处理降低36.48-63.40%,与复配物处理相比变化不显著。小麦地上部分总镉比不施药处理降低19.70-78.19%,0.5%的铁硫复合药剂降低小麦吸收镉效果比不加辅剂处理提升44.44%。不同深度铁硫药剂施用,对该深度的土壤砷和镉形态影响明显,使小麦地上部分总砷含量降低21.22%-46.59%,对总镉含量无显著影响。小麦中砷和镉与土壤中的砷和镉相关性分析结果表明,小麦地上部分总镉与小麦根总镉显著正相关(R=0.76),与土壤中可交换态镉极显著正相关(R=0.77),与碳酸盐结合态镉显著负相关(R=-0.69)。然而,小麦地上部分总砷与小麦根中总砷和土壤中各形态砷均无显著关系。(4)采用大田试验进一步对药剂效果进行验证。大田试验结果表明,在自然环境下,复合药剂使土壤有效砷含量降低幅度由对照的49.50%提升至51.16%-53.58%,残渣态砷占比降低幅度由5.94%减小至1.47%-4.19%。土壤有效镉含量降低幅度由对照的6.92%提升至10.15%-13.00%,残渣态镉占比增加幅度由103.54%提升至130.38%-159.20%。复配药剂降低了小麦地上部分总砷和总镉的含量,其中0.9 kg/m~2处理152天时,小麦地上部分总砷和总镉含量与对照相比分别降低49.60%和15.03%。综上,本文采用土壤吸附实验、土壤培养实验和盆栽实验,筛选了以零价铁和硫代硫酸钠为中心活性剂的复配药剂,其在土壤中最佳用量为0.5%,对土壤中砷镉具有较好的钝化修复作用。大田试验验证了该药剂能降低砷和镉从小麦根部到地上部分的传输,为砷镉复合污染农田土壤的安全生产提供参考。