富营养化湖泊砷内源迁移及原位调控

【作者】 唐颖； 张美一； 潘纲； 李航；

【机构】 西南大学资源环境学院； 中国科学院生态环境研究中心；

【摘要】 砷（As）作为一种可致癌致畸的有毒环境污染物,在湖泊沉积物中广泛分布。由于近年来营养盐的持续输入,众多砷污染的湖库正面临着日益严重的富营养化、藻华爆发以及随之引发的水体厌氧/缺氧问题。尽管厌氧/缺氧沉积物-水体微界面环境被认为是砷内源迁移的主要诱因之一,人们对于藻华爆发后期沉积物砷内源迁移的规律和机理认识不足,且缺乏有效的厌氧/缺氧原位调控手段来抑制砷的内源释放。本研究利用室内模拟柱实验,研究了藻源有机质分解过程中砷在沉积物-水-大气界面迁移转化规律,考察了氧纳米气泡改性沸石（O₂-Ze）原位调控湖泊厌氧环境对内源砷迁移的影响规律,并分别从微生物功能基因和同步辐射定量分析的角度,揭示了还原一氧化过程中砷生物地球化学循环的相关机理。研究结果表明:藻源有机质的厌氧分解过程促使内源砷释放进入上覆水和大气,且砷的释放通量与水体富营养化程度呈显著正相关关系;内源砷释放过程中伴随着沉积物-水界面As（V）还原和甲基化转化,且该形态转化过程与厌氧界面土著微生物群落变化,即砷还原转化基因（arrA和arsC）和甲基化转化（arsM）基因丰度显著增加密切相关;O₂-Ze原位覆盖能迅速逆转沉积物-水界面厌氧环境,抑制内源砷的还原释放;O₂-Ze作用下,As（Ⅲ）的氧化过程受生物（aioA基因）和非生物（·OH）因素的共同控制;近边同步辐射的定量分析结果表明,O₂-Ze作用下,表层沉积物形成的铁氧化物固定As（V）是抑制砷内源释放的根本原因。本研究有利于深入认识富营养化水体砷的生物地球化学循环过程,为富营养化水体厌氧/缺氧修复和污染物内源控制提供了新的思路。更多还原