海洋所研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江口砷遷移的微生物地球化學(xué)新機(jī)制
近日,宋金明、袁華茂研究團(tuán)隊(duì)在揭示季節(jié)性氧化還原變化下長(zhǎng)江口沉積物-水界面砷(As)遷移轉(zhuǎn)化的微生物地球化學(xué)介導(dǎo)新機(jī)制上獲得新進(jìn)展,這對(duì)探明海洋重金屬As的生態(tài)毒理效應(yīng)評(píng)估具有重要的科學(xué)意義。相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Science of the Total Environment。?
砷是一種有毒元素,其在沉積物-水界面(SWI)的遷移對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)健康至關(guān)重要,是評(píng)估海洋溶解態(tài)As的累積是否達(dá)到潛在毒性水平的重要過(guò)程之一。目前關(guān)于季節(jié)性氧化還原變化對(duì)海洋沉積物-水界面As遷移轉(zhuǎn)化的微生物和地球化學(xué)過(guò)程影響效應(yīng)知之甚少。
該研究聚焦不同季節(jié)、不同底棲氧化還原條件下長(zhǎng)江口SWI上As的遷移過(guò)程,獲得了一些新發(fā)現(xiàn)。研究表明,As的釋放與鐵-硫氧化還原和微生物過(guò)程密切相關(guān)。在含氧層,As主要以As(V)形式存在,并與鐵氧化物結(jié)合,導(dǎo)致溶解態(tài)As濃度較低。在As(V)還原層,微生物通過(guò)呼吸還原和細(xì)胞質(zhì)還原兩種途徑將As(V)還原為As(III),As(III)隨后重新吸附到新形成的晶體鐵氧化物上,限制了As的釋放。在Fe(III)還原層,增強(qiáng)的Fe(Ⅲ)還原促進(jìn)了As的釋放,沉積物中的As(V)主要通過(guò)Geobacter菌還原Fe(III)氧化物釋放而到間隙水中的,隨后攜帶arrA基因的微生物將釋放的As(Ⅴ)還原為As(III)。在硫酸鹽還原層,低As-高Fe-高SO42-導(dǎo)致As通過(guò)吸附到黃鐵礦上而被去除。
研究還發(fā)現(xiàn)季節(jié)性的氧化還原條件、溫度和有機(jī)物活性是導(dǎo)致長(zhǎng)江口As遷移季節(jié)性和空間變化的主要因素。夏季微生物還原在控制As遷移中起主導(dǎo)作用,而秋冬季鐵氧化還原反應(yīng)成為主要控制因素。這種主導(dǎo)途徑的轉(zhuǎn)變歸因于夏季溫度升高和有機(jī)物活性增加。

長(zhǎng)江口沉積物-水界面As的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程
該研究首次提出了沉積物-水界面Fe(Ⅲ)還原層中As的釋放還原機(jī)制,揭示了不同季節(jié)長(zhǎng)江口沉積物-水界面As遷移轉(zhuǎn)化微生物地球化學(xué)主控過(guò)程的變化狀況,為深入研究長(zhǎng)江口沉積物-水界面As的季節(jié)性遷移提供了新的見(jiàn)解,為海洋環(huán)境保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)管理提供了重要科學(xué)依據(jù)。
論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所段麗琴研究員,研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。? ?
相關(guān)論文和鏈接:?
Liqin Duan, Jinming Song, Yuting Zhang, Meiling Yin, Huamao Yuan, Xuegang Li, 2024. Unraveling seasonal shifts in microbial and geochemical mediated arsenic mobilization at the estuarine sediment-water interface under redox changes. Science of the Total Environment 912, 168939.
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.168939
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