本期分享一篇河海大學Robert BofahBuoh團隊在《Environmental Science and Pollution Research》發(fā)表的一篇學術(shù)論文：Assessing the influence of thermal structure variation on Fe and P mobility in sediments cores using Yellow Spring Instrument, diffusive gradient technology, and HR Peeper for sustainable water quality management。

淡水生態(tài)特征，如熱分層的日常庫存、水中氧分布的空間變化，以及水-沉積物界面（WSI）潛在有毒元素（PTEs）的遷移，是水質(zhì)管理協(xié)議中用于淡水評估的重要指標。本研究在受季風影響的區(qū)域內(nèi)進行日常觀測，利用高分辨率技術(shù)，如HR Peeper（高分辨孔隙水采樣裝置）、Yellow Spring Instrument (YSI) 和 ZrO-Chelex 薄膜擴散梯度技術(shù)（DGT），在不同溫度和氧條件下分析水-沉積物界面（WSI）中的特定PTEs，即磷（P）和鐵（Fe）。這項為期66天的現(xiàn)場研究表明，高熱結(jié)構(gòu)顯著促進了沉積物中Fe離子和P的產(chǎn)生，這是在FeOOH的還原溶解下進行的。研究還揭示了P和Fe在WSI顯示出可比較的空間分布模式，表明這些PTEs之間存在聯(lián)系。這種相關(guān)性通過皮爾遜相關(guān)系數(shù)得到加強，范圍從0.7到0.9（雙側(cè)，p < 0.05），表明游離P的濃度主要受結(jié)合在鐵上的磷的釋放影響。PTEs的通量為正值，Fe的范圍是3.3–81.5 mg/m2/天，P的范圍是0.03–0.5 mg/m2/天，表明沉積物將PTEs釋放到底層水中。同樣，在分層度高（缺氧條件）時獲得PTEs的高正通量（Fe≈60 mg/m2/天，P≈0.5 mg/m²/天），在分層不存在時低（Fe≈5 mg/m2/天，P≈0.08 mg/m2天）。這描繪了Fe/P動態(tài)主要取決于底層水在FeOOH還原溶解下的缺氧條件。研究結(jié)果表明，有機物（固態(tài)和溶解態(tài)）與Fe的相關(guān)性顯著（>0.7，正值高），這表明它們的相互作用導(dǎo)致了水庫水質(zhì)量的惡化。然而，Ca²⁺和Mg²⁺對沉積物中Fe-DOC-P的釋放影響很小，因為它們無法與Fe競爭與DOC和P的結(jié)合，如它們的低相關(guān)值所示。該研究提供了PTEs日常時間尺度上的動態(tài)深入見解，并為內(nèi)陸水庫的水資源管理實踐提供了有價值信息，特別是關(guān)于磷（P）的循環(huán)及其對生態(tài)系統(tǒng)健康的影響。

在本研究中，HRP和DGT為我們提供了寶貴的微觀視角，觀察Fe-P-DOC的行為以及熱分層如何影響這一機制。在TIR系統(tǒng)中，顯著的熱分層導(dǎo)致底層區(qū)域的氧氣水平顯著降低，從而導(dǎo)致底層水中Fe和P的濃度升高。相反，由于熱分層弱化導(dǎo)致的WSI處的高氧氣含量，對沉積物中Fe/P的滲出產(chǎn)生了抑制作用。這種相互作用（Fe-P-DOC）導(dǎo)致水系統(tǒng)中黑色物質(zhì)的顯著產(chǎn)生。研究還表明，如Ca²⁺和Mg²⁺這樣的元素對沉積物中Fe-P-DOC的行為影響很小，這一點從這些元素與Fe/P之間的低相關(guān)性明顯看出。鐵由于存在多種氧化態(tài)（Fe²⁺和Fe³⁺），能夠參與氧化還原反應(yīng)，并能夠與各種配體的有機物質(zhì)和磷酸鹽形成強復(fù)合物，而Ca²⁺和Mg²⁺是氧化還原非活性離子，因此在氧化還原敏感環(huán)境中限制了它們與Fe在結(jié)合磷酸鹽和有機物質(zhì)方面的反應(yīng)性和競爭性。在我們的研究中，有機物質(zhì)與Fe/P顯著相關(guān)（正值高）。Fe與DOC之間也存在強相關(guān)性（> 0.7）。關(guān)于沉積物的化學和物理性質(zhì)，F(xiàn)e和P的分布模式是同步的，這一點得到了高記錄相關(guān)值（0.7-0.9）的支持。當分層高（缺氧條件）時，F(xiàn)e/P的高正通量很低，當分層不存在時通量低。這描繪了Fe/P動態(tài)主要取決于底層水的缺氧條件。當前研究為TIR中Fe-P-DOC的日常相互作用提供了寶貴的見解，這些見解可以應(yīng)用于其他經(jīng)歷類似氣候和環(huán)境條件的內(nèi)陸水系統(tǒng)。這些知識可以幫助全球水系統(tǒng)的可持續(xù)管理。