【产品应用】反季节淹没对三峡库区消落带砷地球化学过程的影响机制

2024-10-24

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中国水利水电科学研究院高博团队关于反季节淹没对三峡库区消落带砷地球化学过程的影响机制的研究取得重要进展,研究结果以“Influence of anti-seasonal inundation on geochemical processes of arsenicspeciation in the water-level.fluctuation zone soil of the Three GorgesReservoir, China”为题,环境领域权威期刊《Journal of Hazardous Materials》(一区TOP,IF=12.2)。


摘要

自三峡大坝的建成后,三峡水库(TGR)的消落带土壤(WLFZ)经历着周期性的反季节淹没。然而,关于三峡水库消落带土壤中砷(As)的迁移转化机制却尚未可知。为此,本研究结合野外监测和室内模拟淹没实验,试图阐明消落带淹没土壤中As的迁移,As(V)和As(III)之间的转化以及驱动这些过程的关键因素。结果表明,反季节淹没(13℃)条件下,淹没土壤中As的释放过程有所减缓。此外,13℃淹没条件下,孔隙水中总As及毒性相对更强As(III)的浓度较低,且As(III)较32℃(模拟季节性淹没条件)出现得更晚。意味着,在反季节淹没条件下,淹没土壤中As还原及其所带来的毒性风险得到了一定程度降低。研究指出,含As锰(氢)氧化物的还原和溶解有机碳(DOC)的竞争吸附是影响土壤中As迁移及转化的主要机制。此外,微生物介导下并伴随DOC、氮和Mn(氢)氧化物的解毒/还原过程,是反季节淹没条件下土壤孔隙水及上覆水中As(III)富集的主要途径。本研究加深了对水库调度影响下消落带土壤中As生物地球化学过程的认识。

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淹没模拟实验期间土壤孔隙水及上覆水中As、Fe、Mn的浓度


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不同淹没条件下,土壤上覆水中As浓度与淹没时间及关键影响因素的相关性分析(4a,4b),13℃淹没条件下,土壤-水界面及其2 cm以下土壤孔隙水中As浓度与Mn浓度的相关性分析(4c),不同淹没温度下,土壤孔隙水中As浓度与Mn浓度的关系拟合(4d,4e)


结论

本研究通过模拟季节性和反季节性淹没温度,开展了反季节性淹没条件对三峡水库消落带(WLFZ)土壤中砷(As)生物地球化学过程影响的研究。结果表明,淹没温度的变化影响了淹没土壤中微生物活动及其群落组成,并进一步驱动了土壤中As的释放和还原过程。在淹没期间,淹没土壤中As的迁移和转化归因于含As锰,(氢)氧化物的还原和溶解有机碳(DOC)的竞争吸附。反季节性淹没条件下,较低的淹没温度减缓了锰(氢)氧化物的还原释放,也进一步影响了土壤As向孔隙水和上覆水中的迁移过程。此外,进入孔隙水和上覆水的As,伴随着DOC、氮及锰(氢)氧化物的微生物过程进一步发生了价态的转化。今后,还需开展长期的野外原位监测,以更加深刻地认识大型水库调度运行对消落带土壤中As生物地球化学过程的影响。


Yanyan Li, Bo Gao, Dongyu Xu,Influence of anti-seasonal inundation on geochemical processes of arsenic speciation in the water-level-fluctuation zone soil of the Three Gorges Reservoir, China, Journal of Hazardous Materials,Volume 475, 2024,134895,ISSN 0304-3894, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134895.


文章链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389424014742


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