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本次分享一篇由水災(zāi)害防御全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室燕文明團(tuán)隊(duì)在《Water Research》上發(fā)表的一篇學(xué)術(shù)論文“The transition from macrophyte-dominated to algae-dominated lake systems enhances arsenic release from sediments",。
富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中大型植物的衰退正在改變沉積物中的物質(zhì)循環(huán),然而針對(duì)這些變化中砷(As)的轉(zhuǎn)化響應(yīng)機(jī)制仍不明確,。本研究采用高分辨率滲析法,,對(duì)水生植物優(yōu)勢(shì)區(qū)( MD)和藻類優(yōu)勢(shì)區(qū)(AD)沉積物孔隙水中的溶解態(tài)As進(jìn)行了多季節(jié)觀測(cè),解析了沉積物As形態(tài)分異與環(huán)境變化的關(guān)聯(lián),,揭示了As的轉(zhuǎn)化過(guò)程,。結(jié)果表明:大型植物向藻類優(yōu)勢(shì)區(qū)轉(zhuǎn)變會(huì)強(qiáng)化沉積物As釋放。AD區(qū)孔隙水溶解As在夏季達(dá)峰值120.36 μg/L,,釋放強(qiáng)度最高,;而MD區(qū)在春季呈現(xiàn)顯著As釋放特征(34.92 μg/L)。春季MD區(qū)植物殘?bào)w分解酸化與有機(jī)質(zhì)(OM)絡(luò)合作用共同促進(jìn)了吸附態(tài)As的釋放,;夏季AD區(qū)則通過(guò)鐵(Fe)氧化物還原溶解與溶解性磷(P)的吸附位點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)驅(qū)動(dòng)As釋放,。值得注意的是,MD區(qū)沉積物夏季高腐殖化程度與低氧化還原電位促進(jìn)了As-S共沉淀,,反而導(dǎo)致As被固定而非釋放,,這與"暖季促進(jìn)沉積物As釋放"的傳統(tǒng)認(rèn)知形成鮮明對(duì)比。富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中水生植物向藻類的演替可能加劇As釋放風(fēng)險(xiǎn),,這一過(guò)程值得深入探究,。
大型植物與藻類主導(dǎo)的生態(tài)體系對(duì)沉積物中砷(As)的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有差異性影響。在 AD區(qū),,孔隙水中溶解態(tài)As濃度在夏,、秋季顯著高于冬、春季的低值,;而MD區(qū)孔隙水溶解態(tài)As濃度則在春季達(dá)到峰值,,反映出截然不同的As釋放機(jī)制。進(jìn)一步分析表明,,沉積物中鐵(Fe)氧化物和As-S共沉淀物是驅(qū)動(dòng)As形態(tài)轉(zhuǎn)化的主要來(lái)源,。MD區(qū)春季大型植物殘?bào)w分解導(dǎo)致pH降低并釋放有機(jī)質(zhì)(OM),通過(guò)酸化作用與有機(jī)質(zhì)絡(luò)合促進(jìn)吸附態(tài)As的解吸釋放,。AD區(qū)夏季則通過(guò)鐵(Fe)氧化物的還原溶解釋放固持態(tài)As,成為該生態(tài)體系下As釋放的主要途徑,。此外,,孔隙水中總磷(TP)濃度的升高顯著增強(qiáng)了As的溶解遷移能力,。值得注意的是,MD與AD區(qū)間溶解態(tài)錳(Mn)濃度的差異表明,,沉積物中有機(jī)質(zhì)(OM)分解可能通過(guò)改變(Mn)氧化物的存在狀態(tài),,調(diào)控As的形態(tài)轉(zhuǎn)化與空間分布。研究結(jié)果證實(shí),,大型植物與藻類主導(dǎo)的湖泊生態(tài)系統(tǒng)沉積物As轉(zhuǎn)化過(guò)程存在顯著差異,。隨著富營(yíng)養(yǎng)化加劇與大型植物的衰退,沉積物As溶解釋放過(guò)程可能進(jìn)一步強(qiáng)化,,這一趨勢(shì)亟待后續(xù)研究重點(diǎn)關(guān)注,。
在水災(zāi)害防御全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室燕文明團(tuán)隊(duì)的研究中,HR-Peeper(高分辨率孔隙水采樣裝置)在監(jiān)測(cè)沉積物孔隙水中的化學(xué)變化方面發(fā)揮了重要作用,。HR-Peeper通過(guò)毫米級(jí)高分辨率采樣,,精確采集沉積物孔隙水中的砷濃度,幫助揭示砷在沉積物-水界面的擴(kuò)散規(guī)律和釋放機(jī)制,。其原位監(jiān)測(cè)功能避免了樣品在采集和運(yùn)輸過(guò)程中的污染,,提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。此外,,HR-Peeper能夠?qū)崟r(shí)捕捉沉積物孔隙水中砷濃度的動(dòng)態(tài)變化,,分析其與環(huán)境因子(如pH值、溶解氧)的關(guān)系,。這些功能為研究湖泊系統(tǒng)從以大型植物為主向以藻類為主轉(zhuǎn)變對(duì)沉積物中砷釋放的影響提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持,,為湖泊生態(tài)系統(tǒng)管理和污染治理提供了科學(xué)依據(jù)。
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