富营养化对沉积物中砷迁移转化的影响机制

In our country, many regions are faced with not only arsenic pollution, but also eutrophication. Both of lake eutrophication and environmental geochemistry of arsenic have become a reseach focus in the field of environmental sciences in recent years. Aimed at lake eutrophication and arsenic pollution, the studies on the influence mechanism of eutrophication and algae bloom on transportation & transformation of arsenic in sediment were carried out, with taking arsenic biotransformtion (methylation) as breakthrough point. The main topics of this project are as follows: (1)the distributional charateristics of arsenic species in overlying water and sediment from lakes of different trophic status, and its correlational study between arsenic speciation distrbution and eutrophication and environmental factors; (2)studies on effect of algae bloom on exchange fluxes of different arsenic species at the sendiment-water interface by field sampling and monitoring to identify the relative contribution of arsenic species release from sediment to overlying water; (3)with a dominant species (blue-green algae) in Lake Taihu as the object of study, studies on the characteristis of toxic, accumulation and biotransformation of arsenic by algae, to explore the key influence factors and regulatory mechanisms of algae biotransformation of inorganic arsenic.This project is very important and meaningful,and will contribute to realize environmental geochemistry of arsenic, predict its ecological risk, and guarantee the health of lake ecosystem and the safety of drinking water sources.

我国许多地区不仅面临砷污染问题，同时还承受着水体富营养化的困扰。而湖泊富营养化和砷的环境地球化学行为也成为近年来环境科学领域的研究热点。本项目针对湖泊富营养化和砷污染问题，以砷的生物转化（甲基化）为切入点，围绕富营养化及水华藻类在沉积物中砷的迁移转化中的作用与机理开展研究。主要研究内容包括：（1）不同营养水平湖区水和沉积物中砷的形态分布特征及其与营养水平和环境因子的相关性研究；（2）通过野外调查和定位观测，研究富营养化湖泊水华暴发过程对沉积物-水界面不同形态砷交换通量的影响，明确沉积物砷释放对上覆水中砷含量、分布和形态的贡献；（3）以太湖蓝藻水华优势藻种（蓝绿藻）为研究对象，研究藻类对无机砷的耐性、吸收和形态转化特征，探明藻类对无机砷生物转化的关键影响因素和调控机制。本项目对于深入认识湖泊环境中砷的环境地球化学行为，预测其生态风险，保障湖泊生态系统健康和饮用水源安全， 具有十分重要的意义。

我国许多地区不仅面临砷污染问题，同时还承受着水体富营养化的困扰。探讨富营养化及水华藻类在沉积物中砷的迁移转化中的作用与机理，对于深入认识湖泊环境中砷的环境地球化学行为，预测其生态风险，保障湖泊生态系统健康和饮用水源安全， 具有十分重要的意义。本项目主要研究内容包括：①不同营养水平湖区水和沉积物中砷的形态分布特征及其与营养水平和环境因子的相关性研究；②富营养湖泊沉积物砷释放对上覆水中砷含量、分布和形态的影响；③太湖蓝藻水华优势藻种铜绿微囊藻对无机砷的耐性、吸收和形态转化特征，以及铜绿微囊藻对无机砷生物转化的关键影响因素和调控机制。主要的研究结果如下：.（1）揭示了太湖不同营养水平湖区水和沉积物中砷的形态分布特征及其与营养水平和环境因子的相关性。太湖夏、秋季重度富营养化水域中总砷和五价砷的含量相对较高，其分布明显受到总磷、铁、锰和溶解性有机碳的影响；夏季重度和中度富营养化水域的三价砷和甲基砷含量和占比均明显高于中营养水域。富营养化环境引起磷、叶绿素a、铁、锰和有机碳等主要水质参数的变化，促进了水生态系统中砷的生物地球化学循环。.（2）初步阐明了富营养化对砷在沉积物-水界面迁移转化的影响机制。通过ZrO-Chelex DGT技术对太湖不同富营养化水域沉积物中不稳定态砷、铁和锰的分布特征进行了系统的同步监测，发现沉积物中不稳定态砷的释放与富营养化密切相关。 沉积物中不稳定态砷的含量与总氮、总磷、 溶解性有机碳和溶解氧呈正相关，这些水质参数在富营养和中营养水域间呈现出明显的空间分布差异性。此外，不稳定态铁、锰的空间部分特征与不稳定态砷类似，二者之间呈正相关。研究发现沉积物中FeOOH-MnOOH-As的还原性溶解是影响太湖内源砷释放的重要过程。.（3）研究发现铜绿微囊藻对无机砷有极高的耐受性和较高的积累能力，并且具有甲基化砷并将其转化为气态砷的能力。营养元素磷可以显著促进含砷藻体砷的释出并提高As(III)的生物氧化，缺磷环境则能促进砷的还原和甲基化；而氮能促进铜绿微囊藻的生长繁殖和对无机砷的甲基化。进一步的正交实验研究发现，影响铜绿微囊藻As(V)代谢的最直接因素为环境中砷的水平。环境中氮为影响铜绿微囊藻生长繁殖的直接关键因素，其仅次于砷，较磷更易影响铜绿微囊藻对砷酸盐的吸收和代谢。