高砷地质背景土壤的环境风险评估和治理

本书探讨了铁矿物的相转化对铁、砷环境地球化学行为的关键控制作用，以及不同砷浓度梯度土壤中铁、砷迁移转化的差异性机制，以期为丰富极端环境的高砷地质背景土壤中铁、砷的环境生物地球化学循环提供科学依据。
主要内容包括：腐殖质介导的铁/ 砷环境地球化学行为研究、腐殖质介导下含砷铁矿的还原释放、腐殖质介导下土壤砷的迁移转化、高砷污染土壤修复和治理、创新点和未来展望。
本书具有一定的创新性和前瞻性，可供环境科学领域的科研人员及高校相关专业师生学习参考。

在自然环境中，铁和砷的地球化学行为密切相关，砷的迁移与转化主要受铁的氧化还原过程调控。铁循环驱动砷循环，含砷铁矿物的还原性转化是导致砷释放的关键机制。腐殖质（如胡敏酸和富里酸）作为天然有机质的重要组分，可通过其氧化还原官能团和电子传递能力显著影响铁和砷的生物地球化学过程。然而，现有研究多聚焦于胡敏酸，对富里酸及不同来源腐殖质的系统对比仍较缺乏，尤其是在真实复杂环境（如高砷背景土壤）中，铁- 砷- 腐殖质的交互机制尚不明确。砷作为一种具有高毒性、致癌性和环境持久性的类金属元素，已成为全球关注的土壤污染物。土壤砷污染日趋严重，对生态安全和人体健康构成持续威胁。传统修复方法成本高，易造成二次污染或破坏土壤功能。因此，发展绿色、经济、高效且环境友好的砷污染土壤修复技术迫在眉睫。
本书立足于当前土壤砷污染治理的迫切需求，结合国内外在环境地球化学、污染生态修复和资源循环利用等领域中的研究进展，系统总结了砷在土壤中的环境行为、迁移转化机制及修复技术的最新成果。本书特别聚焦于铁- 砷耦合环境地球化学过程、腐殖质介导的砷形态转化，以及固体废物资源化利用在砷固定化中的应用，旨在为土壤砷污染治理提供理论支撑和技术路径。
本书以“铁- 砷耦合环境地球化学行为—腐殖质介导机制—修复材料设计与应用”为主线，分成三大部分。第一部分为铁与砷的环境地球化学行为与机制，系统阐述铁循环对砷迁移转化的控制作用，包括含砷铁矿物还原转化机制、腐殖质（胡敏酸与富里酸）的电子转移功能与官能团活性差异，以及矿物相变对砷释放与固定的影响。第二部分为不同环境介质中砷的行为与效应，涵盖淹水稻田、沉积物、尾矿库等典型环境，并特别关注极端干旱区（如沙漠矿床周边）高砷土壤中铁- 砷耦合过程的特殊性。第三部分为砷污染土壤修复技术与应用，重点介绍两类资源化修复材料（煤基固体废物及其改性产物、生物炭基材料）对砷的固定化机理、效果影响因素、实际案例及环境风险评价。
本书突出“自然过程- 机理机制- 技术应用”的研究逻辑，融合室内模拟与野外实证，强调多介质、多尺度背景下铁- 砷生物地球化学循环的复杂性，注重固体废物资源化利用的绿色修复理念，推动低成本、可持续治理技术的发展，提供大量实验数据与案例对比，可为科研人员和工程实践提供参考。
由于著者水平所限，书中不足之处在所难免，敬请广大读者批评指正。

著者

第1章 绪论 001
1.1 砷形态及其毒性 002
1.2 腐殖质的氧化还原特性及铁砷还原 003
1.3 铁氧化物类型及其对砷迁移转化的影响 004
1.4 微生物作用下腐殖质介导的铁砷生物地球化学循环 006
1.5 高砷地质背景土壤中砷迁移转化研究的意义 008

第2章 腐殖质介导的铁/ 砷环境地球化学行为研究 011
2.1 研究区自然背景概况 012
2.2 腐殖质介导的铁/ 砷地球化学行为及其机理机制 013
2.3 腐殖质介导的铁/ 砷环境地球化学行为 014
2.4 研究方法 015
2.4.1 样品采集与保存 015
2.4.2 实验方法 015
2.4.3 实验仪器 016
2.4.4 数据处理 017

第3章 腐殖质介导下含砷铁矿的还原释放 018
3.1 材料与方法 019
3.1.1 含砷铁矿制备 019
3.1.2 HA 和FA 及其理化特性 019
3.1.3 HA 和FA 电子转移能力测定 020
3.1.4 HA 和FA- 含砷铁矿厌氧微宇宙设计 021
3.1.5 实验菌株 022
3.1.6 分析测定 022
3.1.7 数据处理 023
3.2 结果与讨论 024
3.2.1 HA 和FA 的理化特性及电子转移能力 024
3.2.2 HA 和FA 介导下砷和铁还原释放的差异性 027
3.2.3 HA 和FA 的氧化还原官能团变化差异性 031
3.2.4 HA 和FA 结构组成与砷铁还原的相关性 045
3.3 本章小结 047

第4章 腐殖质介导下土壤砷的迁移转化 049
4.1 材料与方法 050
4.1.1 土壤样品理化特性 050
4.1.2 HA 和FA 的选取 051
4.1.3 HA 和FA- 土壤厌氧微宇宙实验设计 051
4.1.4 实验菌株 053
4.1.5 分析测定 053
4.1.6 数据处理 054
4.2 结果与讨论 055
4.2.1 不同砷浓度土壤中砷和铁还原释放的差异性 055
4.2.2 不同砷浓度土壤体系下砷的形态转化及潜在路径 058
4.2.3 铁矿物和砷还原释放的耦合关系 073
4.2.4 不同砷浓度土壤体系下腐殖质的结构变化 099
4.3 本章小结 105

第5章 高砷污染土壤修复和治理 108
5.1 基于煤基固废的砷污染土壤修复研究 109
5.1.1 煤基固废对砷污染土壤的修复 109
5.1.2 煤基固废对重金属污染土壤的修复 110
5.1.3 煤基固废对盐碱地的改良 111
5.1.4 影响因素与应用策略 112
5.1.5 潜在风险 112
5.2 生物炭修复砷污染土壤研究 113
5.2.1 生物炭修复砷污染土壤的机理 113
5.2.2 修复影响因素 114
5.2.3 环境效益与挑战 115
5.3 本章小结与展望 115

第6章 创新点和未来展望 117
6.1 HA 和FA 对铁砷环境地球化学行为影响的差异性机制 118
6.2 创新点 120
6.3 未来研究发展趋势 120

参考文献 122