高分辨孔隙水采樣器解析湖泊系統(tǒng)轉變對沉積物砷釋放的機制

富營養(yǎng)化湖泊中大型植物的衰退正在改變沉積物中的物質循環(huán)，然而針對這些變化中砷（As）的轉化響應機制仍不明確。本研究采用高分辨率滲析法，對水生植物優(yōu)勢區(qū)（ MD）和藻類優(yōu)勢區(qū)（AD）沉積物孔隙水中的溶解態(tài)As進行了多季節(jié)觀測，解析了沉積物As形態(tài)分異與環(huán)境變化的關聯，揭示了As的轉化過程。結果表明：大型植物向藻類優(yōu)勢區(qū)轉變會強化沉積物As釋放。AD區(qū)孔隙水溶解As在夏季達峰值120.36 μg/L，釋放強度最高；而MD區(qū)在春季呈現顯著As釋放特征（34.92 μg/L）。春季MD區(qū)植物殘體分解酸化與有機質（OM）絡合作用共同促進了吸附態(tài)As的釋放；夏季AD區(qū)則通過鐵（Fe）氧化物還原溶解與溶解性磷（P）的吸附位點競爭驅動As釋放。值得注意的是，MD區(qū)沉積物夏季高腐殖化程度與低氧化還原電位促進了As-S共沉淀，反而導致As被固定而非釋放，這與"暖季促進沉積物As釋放"的傳統(tǒng)認知形成鮮明對比。富營養(yǎng)化湖泊中水生植物向藻類的演替可能加劇As釋放風險，這一過程值得深入探究。

大型植物與藻類主導的生態(tài)體系對沉積物中砷（As）的轉化過程具有差異性影響。在 AD區(qū)，孔隙水中溶解態(tài)As濃度在夏、秋季顯著高于冬、春季的低值；而MD區(qū)孔隙水溶解態(tài)As濃度則在春季達到峰值，反映出截然不同的As釋放機制。進一步分析表明，沉積物中鐵（Fe）氧化物和As-S共沉淀物是驅動As形態(tài)轉化的主要來源。MD區(qū)春季大型植物殘體分解導致pH降低并釋放有機質（OM），通過酸化作用與有機質絡合促進吸附態(tài)As的解吸釋放。AD區(qū)夏季則通過鐵（Fe）氧化物的還原溶解釋放固持態(tài)As，成為該生態(tài)體系下As釋放的主要途徑。此外，孔隙水中總磷（TP）濃度的升高顯著增強了As的溶解遷移能力。值得注意的是，MD與AD區(qū)間溶解態(tài)錳（Mn）濃度的差異表明，沉積物中有機質（OM）分解可能通過改變（Mn）氧化物的存在狀態(tài)，調控As的形態(tài)轉化與空間分布。研究結果證實，大型植物與藻類主導的湖泊生態(tài)系統(tǒng)沉積物As轉化過程存在顯著差異。隨著富營養(yǎng)化加劇與大型植物的衰退，沉積物As溶解釋放過程可能進一步強化，這一趨勢亟待后續(xù)研究重點關注。

在水災害防御全國重點實驗室燕文明團隊的研究中，HR-Peeper（高分辨率孔隙水采樣裝置）在監(jiān)測沉積物孔隙水中的化學變化方面發(fā)揮了重要作用。HR-Peeper通過毫米級高分辨率采樣，精確采集沉積物孔隙水中的砷濃度，幫助揭示砷在沉積物-水界面的擴散規(guī)律和釋放機制。其原位監(jiān)測功能避免了樣品在采集和運輸過程中的污染，提高了數據的準確性。此外，HR-Peeper能夠實時捕捉沉積物孔隙水中砷濃度的動態(tài)變化，分析其與環(huán)境因子（如pH值、溶解氧）的關系。這些功能為研究湖泊系統(tǒng)從以大型植物為主向以藻類為主轉變對沉積物中砷釋放的影響提供了關鍵數據支持，為湖泊生態(tài)系統(tǒng)管理和污染治理提供了科學依據。