近日，宋金明、袁华茂研究团队在揭示季节性氧化还原变化下长江口沉积物-水界面砷（As）迁移转化的微生物地球化学介导新机制上获得新进展，这对探明海洋重金属As的生态毒理效应评估具有重要的科学意义。相关成果发表于国际学术期刊Science of the Total Environment。
砷是一种有毒元素，其在沉积物-水界面（SWI）的迁移对于生态系统健康至关重要，是评估海洋溶解态As的累积是否达到潜在毒性水平的重要过程之一。目前关于季节性氧化还原变化对海洋沉积物-水界面As迁移转化的微生物和地球化学过程影响效应知之甚少。
该研究聚焦不同季节、不同底栖氧化还原条件下长江口SWI上As的迁移过程，获得了一些新发现。研究表明，As的释放与铁-硫氧化还原和微生物过程密切相关。在含氧层，As主要以As(V)形式存在，并与铁氧化物结合，导致溶解态As浓度较低。在As(V)还原层，微生物通过呼吸还原和细胞质还原两种途径将As(V)还原为As(III)，As(III)随后重新吸附到新形成的晶体铁氧化物上，限制了As的释放。在Fe(III)还原层，增强的Fe(Ⅲ)还原促进了As的释放，沉积物中的As(V)主要通过Geobacter菌还原Fe(III)氧化物释放而到间隙水中的，随后携带arrA基因的微生物将释放的As(Ⅴ)还原为As(III)。在硫酸盐还原层，低As-高Fe-高SO42-导致As通过吸附到黄铁矿上而被去除。
研究还发现季节性的氧化还原条件、温度和有机物活性是导致长江口As迁移季节性和空间变化的主要因素。夏季微生物还原在控制As迁移中起主导作用，而秋冬季铁氧化还原反应成为主要控制因素。这种主导途径的转变归因于夏季温度升高和有机物活性增加。
该研究首次提出了沉积物-水界面Fe(Ⅲ)还原层中As的释放还原机制，揭示了不同季节长江口沉积物-水界面As迁移转化微生物地球化学主控过程的变化状况，为深入研究长江口沉积物-水界面As的季节性迁移提供了新的见解，为海洋环境保护和生态系统管理提供了重要科学依据。
论文第一作者为中国科学院海洋研究所段丽琴研究员，研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目支持。
相关论文和链接：
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