1、砷暴露污染正成為威脅全球公眾健康安全的突出問題；水稻易富集砷及由之引起的稻米砷污染的大眾關(guān)注度也日益增加，此外，工礦業(yè)砷污染物排放和現(xiàn)代集約養(yǎng)殖使用含砷（有機砷添加劑）飼料等導致畜禽糞便農(nóng)用砷污染，也正成為農(nóng)業(yè)環(huán)境嚴重的隱患。另一方面，隨著化學除草技術(shù)和抗除草劑轉(zhuǎn)基因作物商品化的不斷推進，除草劑污染與防控問題日益被關(guān)注。與此同時，紫外輻射增加和大氣污染上升會導致天然水中過氧化氫等活性氧物質(zhì)濃度不斷上升，研究發(fā)現(xiàn)過氧化氫已是天然降雨中常見

2、的組分，濃度范圍在5-100μM之間。在淹水缺氧或富含有機質(zhì)的水土環(huán)境中，鐵離子常以還原性的亞鐵離子(Fe2+)形式存在。因此，在天然降雨過程中，過氧化氫極有可能接觸亞鐵離子(Fe2+)并在后者催化作用下發(fā)生原位Fenton效應，進而產(chǎn)生具強氧化性的羥基自由基(·OH)，并進一步與水土環(huán)境中的化學物質(zhì)發(fā)生各種氧化反應，影響化學污染在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化和歸宿，亦或影響水土環(huán)境系統(tǒng)中微生物群落的活性，從而間接影響污染物的生態(tài)效應。因此，本研

3、究：
　　(1)通過室內(nèi)模擬實驗，溫室盆栽及水泥池小區(qū)試驗相結(jié)合的方法，全面系統(tǒng)研究微摩爾濃度級過氧化氫介導Fenton效應對水體中砷的去除效果、對稻田砷污染脅迫下水稻生長、水稻砷吸收及稻田砷的生物地球化學行為的影響，并從防控稻米砷污染角度出發(fā)，揭示其潛在重要機制及應用前景；
　　(2)研究微摩爾濃度過氧化氫輸入水土環(huán)境后對農(nóng)田常用除草劑的降解效應；
　　(3)通過室內(nèi)模擬實驗，研究然水中H2O2等外源氧化劑進入水土環(huán)

4、境后介導化學氧化—生物氧化的耦合作用進而影響氮的生物地球化學過程的效應與機理。主要研究結(jié)果如下：
　　(1)微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應對稻田無機砷環(huán)境行為的影響
　　微摩爾濃度級過氧化氫及其介導產(chǎn)生的Fenton效應促進了水體中砷的轉(zhuǎn)化與沉淀去除，且隨著H2O2-Fe2+配比濃度的增加而增強，但水中高濃度腐殖酸HA降低了其對水體砷的去除能力。綜合砷污染下水稻的水培實驗，溫室盆栽及水泥池小區(qū)試驗，結(jié)果表明微摩爾濃

5、度級H2O2介導Fenton效應促進了第一季(First season)及第二季(Second season)水稻生長，降低了砷脅迫對各生育期水稻的毒害效應。微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應促進水稻根表鐵膜形成及其根表鐵膜富集形態(tài)砷，一定程度上減少了水稻地上部砷的累積。最為重要的是，微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應顯著降低了稻米中總砷含量（各形態(tài)砷總和），第一季水稻(First season)稻米中無機砷含量及各形態(tài)總砷

6、含量均低于食品安全國家標準食品中污染物限值。此外，微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應及天然降雨處理組顯著提高了土壤微生物群落多樣性，且兩者間土壤微生物群落Beta多樣性較為相似，均明顯差異于未添加Fenton效應處理組。而且微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應提高了抽穗期非根際及根際土壤相關(guān)鐵菌群及砷菌群的相對豐度，這對影響無機砷在土壤-微生物-水稻間環(huán)境行為具有重要意義。
　　(2)微摩爾濃度級H2O2介導Fenton

7、效應對稻田有機砷環(huán)境化學行為的影響
　　在50 mg As/kg有機砷(Roxarsone-Rox)污染土壤中，添加微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應處理，利用其強氧化性產(chǎn)物羥基自由基(?OH)快速將有機砷(Rox)氧化降解，并有效減少土壤系統(tǒng)中三價砷(Arsenite)形成，促使更多的三價砷(Arsenite)氧化成五價砷(Arsenate)，促進了有機砷 Rox的生物降解進程。進一步發(fā)現(xiàn)持續(xù)添加微摩爾濃度級H2O2介導F

8、enton效應能緩解有機砷Rox毒害對水稻生長的抑制作用。本研究進一步表明，微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應促進了根表鐵膜形成，且根表鐵膜富集形態(tài)砷主要以五價砷(Arsenate)與三價砷(Arsenite)為主。進一步研究發(fā)現(xiàn)，微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應顯著降低了水稻根莖葉中砷含量，并最終降低了稻米中砷總量，尤其是降低了毒性較強的三價砷(Arsenite)含量。此外，微摩爾濃度級 H2O2介導Fenton效應明顯

9、提高了有機砷(Rox)脅迫下水稻土壤微生物群落多樣性，且非根際與根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成差異明顯。同時微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應對水泥池小區(qū)有機砷脅迫下抽穗期水稻非根際土及根際土壤的砷相關(guān)功能菌群的相對豐度均顯著低于無Fenton效應處理組，這對有機砷洛克沙胂(Rox)在稻田中的遷移轉(zhuǎn)化及其在土壤-水稻系統(tǒng)的環(huán)境行為具有重要作用。
　　然而，微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應對無機砷及有機砷污染稻田的環(huán)境行為

10、作用機理不完全一致，表現(xiàn)在作用無機砷環(huán)境行為方面，微摩爾濃度級過氧化氫及其介導產(chǎn)生的Fenton效應利用其產(chǎn)物羥基自由基(?OH)對三價砷(Arsenite)強氧化性，進而利用三價鐵離子(Fe3+)與五價砷(Arsenate)結(jié)合的易吸附性能，降低土壤溶液中三價砷(Arsenite)的可移動性；而在作用有機砷環(huán)境行為方面，微摩爾濃度級過氧化氫及其介導產(chǎn)生的Fenton效應利用其產(chǎn)物羥基自由基(?OH)加速促進了有機砷(Rox)降解，使中

11、間降解產(chǎn)物三價砷(Arsenite)減少，進而降低有機砷(Rox)生物降解過程中對生物造成的毒害效應。
　　(3)微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應對農(nóng)田常見除草劑的降解效應
　　模擬實驗表明微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應對3種常見除草劑敵草隆(Diuron)，丁草胺(Butachlor)與草甘膦(Glyphosate)降解效果顯著，且隨著H2O2-Fe2+配比濃度的增加而增強。同時研究發(fā)現(xiàn)，降雨中微摩爾濃度

12、級 H2O2介導 Fenton效應產(chǎn)生的強氧化性羥基自由基(?OH)對農(nóng)田3種常見除草劑具有選擇降解性，均表現(xiàn)出優(yōu)先降解草甘膦。在天然水體中5-50 mg/L濃度范圍腐殖酸HA消弱了微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應對敵草隆(Diuron)與丁草胺(Butachlor)的降解效果，但卻促進了草甘膦(Glyphosate)的降解。
　　(4)微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應對水土環(huán)境中氨氮循環(huán)的影響
　　一次或間

13、歇多次添加微摩爾濃度級H2O2及其微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應，對純化學系統(tǒng)的氨水NH3.H2O、氯化銨NH4Cl中銨態(tài)氮(NH4+-N)氧化效果不顯著，卻促進了純化學系統(tǒng)中亞硝態(tài)氮(NO2-N)轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮(NO3-N)的過程。進一步研究發(fā)現(xiàn)，在微生物存在下，微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應抑制了氯化銨NH4Cl系統(tǒng)中銨態(tài)氮(NH4+-N)轉(zhuǎn)化，也抑制了亞硝酸鈉NaNO2系統(tǒng)中亞硝態(tài)氮(NO2-N)轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮(N

14、O3-N)。此外，微摩爾濃度級H2O2介導Fenton效應作用下，4種不同類型土壤系統(tǒng)中銨態(tài)氮(NH4+-N)轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮(NO3-N)過程均受到抑制。由此可知，微摩爾濃度級過氧化氫介導 Fenton效應對水體或土壤生態(tài)系統(tǒng)中氮的生物地球化學循環(huán)發(fā)生著重要作用。
　　總之，微摩爾濃度級過氧化氫介導Fenton效應參與了砷(無機砷，有機砷)在稻田生態(tài)系統(tǒng)中的生物地球化學過程，降低了砷脅迫下對水稻生長的毒害效應，促進了水稻根表鐵膜形成

15、，進一步減少了水稻地上部砷吸收，尤其顯著降低了稻米砷含量，且提高了水稻土壤微生物群落多樣性及鐵砷相關(guān)功能菌群活性。研究結(jié)果為砷污染稻田的環(huán)境綜合調(diào)控提供科學參考，對控制稻米砷污染具有應用價值。天然水中過氧化氫介導Fenton效應對典型除草劑(敵草隆，丁草胺及草甘膦)降解效果顯著，這對進一步探究天然水中H2O2等外源氧化劑進入農(nóng)田水土中影響除草劑化學氧化降解的相關(guān)機理，為認識和豐富現(xiàn)實環(huán)境下典型除草劑和類似有機污染物殘留降解與修復機制具有