本次分享一篇由中國水利水電科學(xué)研究院高博團(tuán)隊在《Journal of Hazardous Materials 》上發(fā)表的一篇學(xué)術(shù)論文“Influence of anti-seasonal inundation on geochemical processes of arsenic speciation in the water-level-fluctuation zone soil of the Three Gorges Reservoir, China"

自三峽大壩的建成后，三峽水庫（TGR）的消落帶土壤（WLFZ）經(jīng)歷著周期性的反季節(jié)淹沒。然而，關(guān)于三峽水庫消落帶土壤中砷（As）的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制卻尚未可知。為此，本研究結(jié)合野外監(jiān)測和室內(nèi)模擬淹沒實驗，試圖闡明消落帶淹沒土壤中As的遷移，As(V)和As(III)之間的轉(zhuǎn)化以及驅(qū)動這些過程的關(guān)鍵因素。結(jié)果表明，反季節(jié)淹沒（13℃）條件下，淹沒土壤中As的釋放過程有所減緩。此外，13℃淹沒條件下，孔隙水中總As及毒性相對更強(qiáng)As(III)的濃度較低，且As(III)較32℃（模擬季節(jié)性淹沒條件）出現(xiàn)得更晚。意味著，在反季節(jié)淹沒條件下，淹沒土壤中As還原及其所帶來的毒性風(fēng)險得到了一定程度降低。研究指出，含As錳（氫）氧化物的還原和溶解有機(jī)碳（DOC）的競爭吸附是影響土壤中As遷移及轉(zhuǎn)化的主要機(jī)制。此外，微生物介導(dǎo)下并伴隨DOC、氮和Mn（氫）氧化物的解毒/還原過程，是反季節(jié)淹沒條件下土壤孔隙水及上覆水中As(III)富集的主要途徑。本研究加深了對水庫調(diào)度影響下消落帶土壤中As生物地球化學(xué)過程的認(rèn)識。

本研究通過模擬季節(jié)性和反季節(jié)性淹沒溫度，開展了反季節(jié)性淹沒條件對三峽水庫消落帶（WLFZ）土壤中砷（As）生物地球化學(xué)過程影響的研究。結(jié)果表明，淹沒溫度的變化影響了淹沒土壤中微生物活動及其群落組成，并進(jìn)一步驅(qū)動了土壤中As的釋放和還原過程。在淹沒期間，淹沒土壤中As的遷移和轉(zhuǎn)化歸因于含As錳，（氫）氧化物的還原和溶解有機(jī)碳（DOC）的競爭吸附。反季節(jié)性淹沒條件下，較低的淹沒溫度減緩了錳（氫）氧化物的還原釋放，也進(jìn)一步影響了土壤As向孔隙水和上覆水中的遷移過程。此外，進(jìn)入孔隙水和上覆水的As，伴隨著DOC、氮及錳（氫）氧化物的微生物過程進(jìn)一步發(fā)生了價態(tài)的轉(zhuǎn)化。今后，還需開展長期的野外原位監(jiān)測，以更加深刻地認(rèn)識大型水庫調(diào)度運(yùn)行對消落帶土壤中As生物地球化學(xué)過程的影響。

在這篇文章中，平面光極（Planar Optode, PO）和高分辨孔隙水采樣裝置（ HR-Peeper）起到了監(jiān)測和分析水體和土壤中多種環(huán)境參數(shù)的關(guān)鍵作用。以下是它們各自的主要功能：

平面光極（Planar Optode, PO）：

平面光極被用來每日成像土壤-水系統(tǒng)上層水體中的溶解氧（DO）和pH水平。這些數(shù)據(jù)對于理解水體和土壤中的生物地球化學(xué)過程至關(guān)重要，因為溶解氧和pH值直接影響了砷（As）的形態(tài)和遷移。

平面光極允許研究人員實時監(jiān)測這些參數(shù)的變化，從而更好地理解砷在水體和土壤中的遷移和轉(zhuǎn)化過程。

高分辨孔隙水采樣裝置（HR-Peeper）：

HR-Peeper用于測量土壤孔隙水中的溶解態(tài)砷（TAs）、砷(III)、砷(V)、錳(Mn)和鐵(Fe)的濃度。這些數(shù)據(jù)提供了關(guān)于土壤孔隙水中砷和其他關(guān)鍵元素濃度的詳細(xì)信息。

通過使用HR-Peeper，研究人員能夠收集不同時間點(diǎn)的孔隙水樣本，并分析這些樣本中的砷和其他元素的濃度，這對于理解砷在土壤孔隙水中的行為和遷移模式至關(guān)重要。

這兩種技術(shù)的應(yīng)用使得研究人員能夠詳細(xì)地監(jiān)測和分析砷在水體和土壤中的動態(tài)變化，以及它們與環(huán)境因素（如溶解氧、pH、溶解性有機(jī)碳等）之間的關(guān)系。這些數(shù)據(jù)對于評估砷的環(huán)境風(fēng)險和制定相應(yīng)的管理策略具有重要意義。

高分辨孔隙水采樣裝置