近日，河海大学孙琴&东南大学丁士明团队以苦草（Vallisneria natans）为研究对象，结合高分辨率采样技术（平面光极、HR-Peeper和DGT）、二维化学成像、Mössbauer谱学、高通量测序与qPCR等技术，系统监测了植物根系生长与降解过程中As、铁（Fe）及相关微生物群落的时空变化，相关研究工作取得突出进展。研究结果以“Unveiling an overlooked pathway of water arsenic contamination: microscale evidence of enhanced arsenic mobility from the rhizosphere to detritusphere of macrophytes”为题，在能源与环境交叉领域的知名期刊《Energy & Environment Nexus》发表，第—作者为中国科学院南京地理与湖泊研究所李财。

全球水生植物衰退趋势正不断加剧，但沉积物中砷（As）的迁移过程仍未得到充分认识，尤其是在从根际向碎屑圈过渡的阶段。本研究采用高分辨率采样与高通量测序技术，监测了水生植物根系生长及降解过程中As、铁（Fe）的时空变化特征及相关微生物群落结构。结果表明，根际的As耗竭区在植物死亡后转变为As释放热点，导致沉积物中As呈现12.43ng/cm²/d 的向上通量。这一转变由氧化还原条件的显著变化，以及与Fe、As转化相关的微生物功能改变共同驱动。从好氧根际向厌氧碎屑圈过渡时，Fe (III) 还原菌的相对丰度提升了81.23%，这一过程导致Fe膜中约 90% 的Fe结合态As释放。此外，As (III) 氧化酶基因与甲基化基因的丰度显著下降，可能抑制了As (III) 的氧化与甲基化过程，进而提高了沉积物中As的有效性与迁移性。综上，根际向碎屑圈的过渡从根本上改变了沉积物的As地球化学归宿 —— 使其从As的 “汇” 转变为 “源”，这一发现凸显了水生植物大面积衰退背景下对水质构成的意外威胁。

水生植物生长与死亡过程中沉积物理化性质的变化。（a）水生植物生长与死亡的示意图，该过程会改变沉积物中的氧化还原环境。（b）沉积物中溶解氧（DO）、氧化还原电位（Eh）及可溶性As与Fe的垂直分布。（c）沉积物中可溶性As与Fe的垂直分布。

沉积物中氧气（O₂）、As及其他相关元素的高分辨率成像。（a）根际、（b）碎屑圈中氧气（O₂）的二维分布及As、磷（P）、Fe、Mn、二价硫（S（-II））的易迁移态通量。白色虚线代表根系位置。（c）根际（R1）、（d）碎屑圈（R2）中As、Fe的易迁移态通量的一维分布，灰色区域代表根际或碎屑圈。

本研究结果表明，由于根际与碎屑圈中Fe和As的非生物与生物转化过程存在差异，水生植物死亡后，沉积物会从As的 “汇” 转变为 “源”。根系生长期间，微生物驱动的 As（III）甲基化与氧化作用，以及Fe膜的固持作用，均提高了根际中As的固定效果。然而，水生植物死亡后，Fe膜溶解与微生物介导的As转化过程受阻的共同作用，显著提高了As的迁移性，导致沉积物中的As向其上覆水体产生净通量。需重点指出的是，未来研究应纳入pH值与有机质的动态变化，因为根系分解会改变这些因素，并可能通过竞争性吸附与络合作用影响As的迁移性。本研究为理解水生植物根系生长与分解如何影响沉积物中As的迁移性提供了新视角，尤其在全球水生植物大面积衰退的背景下，这一发现可为水体As污染风险提供警示。

Li C, Ma X, Jiang X, Gong Y, Wang X, et al. 2025. Unveiling an overlooked pathway of water arsenic contamination: microscale evidence of enhanced arsenic mobility from the rhizosphere to detritusphere of macrophytes. Energy & Environment Nexus 1: e008 doi: 10.48130/een-0025-0003.

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