近日，環(huán)境領(lǐng)域頂刊《Environmental Science & Technology》發(fā)表環(huán)地學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)的研究成果“Migration and Transformation of Antimony at the Sediment?Water Interface: Insights from DGT Technique and Laboratory Simulation”。該文結(jié)合太浦河的實(shí)地調(diào)查與室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，闡明了銻(Sb)在沉積物-水界面的分布規(guī)律及其生物地球化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程。
圖1 (a) T6站點(diǎn)和(b) T9站點(diǎn)處DGT有效態(tài)銻的分布模式
重金屬對(duì)許多水生生物而言是維持生命活動(dòng)所必需的微量元素，但當(dāng)其濃度超過(guò)特定閾值時(shí)則具有毒性。近幾十年來(lái)，由于重金屬具有持久性、毒性和生物累積性，其引發(fā)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)已引起全球廣泛關(guān)注。銻(Sb)作為一種在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的重金屬元素，其致癌性與遺傳毒性已引發(fā)環(huán)境與公共衛(wèi)生領(lǐng)域的重大關(guān)切。然而，Sb在沉積物-水界面的形態(tài)轉(zhuǎn)化與遷移機(jī)制尚不明確。針對(duì)這一問(wèn)題，本研究以太浦河為研究對(duì)象，聯(lián)合應(yīng)用薄膜梯度擴(kuò)散技術(shù)（DGT）與室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)沉積物-水界面處生物有效性銻的空間分布進(jìn)行高分辨率解析；評(píng)估銻在界面處的釋放特征與擴(kuò)散通量；闡明銻在沉積物中的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制，從而為該區(qū)域的生態(tài)修復(fù)實(shí)踐與環(huán)境管理策略提供科學(xué)依據(jù)。
結(jié)果表明，孔隙水中銻的濃度顯著高于上覆水，沉積物柱狀樣中銻的最大積累出現(xiàn)在5-10厘米深度，表層沉積物中濃度較低。薄膜梯度擴(kuò)散技術(shù)（DGT）測(cè)定結(jié)果顯示活性態(tài)銻隨深度增加而降低，表明還原態(tài)銻從缺氧層向上擴(kuò)散；然而通量計(jì)算表明，在有氧沉積物中氧化清除作用主導(dǎo)了凈向下的輸送趨勢(shì)（圖1）。室內(nèi)模擬顯示溶解態(tài)Sb(III)在42天內(nèi)完全氧化為Sb(V)（圖2）。X射線(xiàn)光電子能譜證實(shí)鐵錳（羥基）氧化物介導(dǎo)了該氧化過(guò)程，并通過(guò)強(qiáng)表面吸附固定Sb(V)。沉積物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步揭示了鐵錳氧化物溶解期間銻生物有效性的短暫升高，隨后在殘?jiān)鼞B(tài)中長(zhǎng)期穩(wěn)定。這些結(jié)果凸顯了鐵錳礦物在調(diào)控銻的氧化還原循環(huán)與固定中的雙重作用，為河流環(huán)境中銻的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及修復(fù)策略提供了機(jī)理層面的科學(xué)依據(jù)。
圖2 沉積物中銻價(jià)態(tài)的時(shí)序變化特征。(a)-(d)為1000 mg/L銻濃度組。(e)-(h)為100 mg/L銻濃度組
本研究的第一作者為上海師范大學(xué)環(huán)境與地理科學(xué)學(xué)院涂耀仁博士，通訊作者為上海師范大學(xué)環(huán)境與地理科學(xué)學(xué)院李亞龍博士，合作作者包括中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所金章東研究員、張飛研究員、汪進(jìn)研究員及上海師范大學(xué)環(huán)境與地理科學(xué)學(xué)院段艷平博士。本研究由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42473003，42403051）、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（XDB40020105）、中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（SKLLQGZR2304）以及中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目（GZB20250326）共同資助。
（供稿、圖片：環(huán)境與地理科學(xué)學(xué)院）
