富营养化是当前我国水污染防治攻坚的重点任务。磷是湖库富营养化的关键限制性营养元素。过去十几年来,国家投入大量经费用于城镇生活污水、工业废水、农业面源等外源污染的治理,并取得显著成效。当外源磷得到有效控制,底泥内源磷成为湖库富营养化防治的关键。我国拥有各类水库约9.8万座,居世界首位。内源磷的强烈释放使得诸多水库正在遭受富营养化问题的严重威胁。由于对水库内源磷活化机理缺乏系统认识,制约了对水库水环境保护和富营养化防治措施的科学制定。
近期,7M体育陈敬安研究员团队的王敬富研究员在前期研究工作(Sci. Total Environ., 2023;Sci. Total Environ., 2019;Environ. Pollut., 2016)基础上,利用高分辨激光剥蚀等离子体质谱偶联薄膜扩散梯度技术(LA-ICP-MS & DGT)以及光谱学分析方法,揭示了还原性沉积环境中锰主导水库内源磷释放的新机制。结果表明:1)还原性沉积环境中“磷-锰”在沉积物颗粒外层(~3 nm)高度耦合,这与氧化性沉积环境中“磷-铁”耦合循环有显著差异;2)还原性沉积环境中,Mn(III)氧化物是与磷耦合的关键锰物种,Mn(III)的还原溶解主导了内源磷的活化迁移;3)还原性沉积环境下铁主要以惰性铁矿物赋存于沉积物颗粒内层(>3 nm),氧化还原波动时铁的再活化很弱,造成了“磷-铁”循环的解耦。上述成果突破了传统的湖库沉积物磷释放的“铁-磷”耦合循环控制理论,提出了沉积物锰驱动磷循环的新认识,为湖库内源磷污染精准防控提供了重要科学依据。
图1 不同沉积环境中沉积物内源磷的活化迁移模式
上述研究成果以“Manganese(Ⅲ) Dominants the Mobilization of Phosphorus in Reducing Sediments: Evidence from Aha Reservoir, Southwest China”为题发表在环境科学与生态学领域主流期刊《7M体育》上。
本研究得到国家重点研发计划(2023YFF0806000、2021YFC3201000)、国家自然科学基金(41977296, 42277253)、中国科学院青年创新促进会(Y2023105)和国家资助博士后研究人员计划(GZC20241694)等项目资助。
系列论文清单:
1) Manganese(Ⅲ) Dominants the Mobilization of Phosphorus in Reducing Sediments: Evidence from Aha Reservoir, Southwest China. Sci. Total Environ., 2024.
原文链接: http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.176564
2) Application of two-dimension, high-resolution evidences to reveal the biogeochemical process patterns of trace metals in reservoir sediments. Sci. Total Environ., 2023.
原文链接: http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166404
3) In situ, high-resolution evidence of phosphorus release from sediments controlled by the reductive dissolution of iron-bound phosphorus in a deep reservoir, southwestern China. Sci. Total Environ., 2019.
原文链接: http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.02.194
4) Effects of seasonal hypoxia on the release of phosphorus from sediments in deep-water ecosystem: A case study in Hongfeng reservoir, Southwest China. Environ. Pollut., 2016.
原文链接: http://doi.org/10.1016/j.envpol.2016.08.013
(陈敬安课题组 陈权/供稿)