Tungsten migration and transformation characteristics in lake sediments under changing habitats from algae to macrophytes  

从藻类到水生植物的生境变化下湖泊沉积物中钨的迁移和转化特征  

来源：Journal of Hazardous Materials  

《危险材料杂志》  

 

摘要内容  

该研究探讨了不同生境（藻类主导区与水生植物主导区）下湖泊沉积物中钨（W）的迁移特性。发现藻类主导区的孔隙水中溶解态钨的浓度和释放通量显著高于水生植物区，原因是藻源溶解有机质（DOM）与钨竞争吸附位点，同时DOM促进铁（Fe）/锰（Mn）氧化物的还原溶解，导致钨释放。水生植物通过吸收钨和原位形成Fe(III)/Mn(IV)氧化物抑制钨释放。结论指出，水生植物能有效控制沉积物中钨的释放。  

 

研究目的  

评估不同生境（藻类和水生植物）对湖泊沉积物中钨迁移行为的影响，揭示铁锰氧化还原过程及DOM在钨释放中的作用机制，为浅水湖泊钨污染控制提供科学依据。  

 

研究思路  

选择中国阳澄湖不同生境区域（藻类区和水生植物区）的13个采样点。  

 

使用高分辨率孔隙水采样装置（HR-Peeper）获取沉积物孔隙水中溶解态W、Fe(II)、Mn的垂直分布（图3、图6）。  

 

 

 

结合微电极（丹麦Unisense）原位测定沉积物pH和溶解氧（DO）（图2），分析氧化还原条件。  

 

 

通过连续提取法分析沉积物中钨的化学形态（图5、表1）。  

 

 

 

结合硫酸盐浓度（图2）和相关性分析，探讨DOM、Fe/Mn氧化物对钨迁移的影响机制。  

 

测量的数据及意义  

pH和DO（图2）：  

藻类区上覆水和沉积物的DO浓度（88.42–156.10 μmol/L）略高于水生植物区（55.58–95.52 μmol/L），说明藻类光合作用增氧但死亡后导致缺氧。  

 

所有区域pH呈弱碱性（7.33–8.14），利于钨以WO₄²⁻形态存在。  

溶解态W、Fe(II)、Mn（图3、图6）：  

 

 

藻类区的溶解态W浓度（3.54–8.75 μg/L）显著高于水生植物区（0.56–1.92 μg/L）。  

 

藻类区的Mn浓度（2.60–5.04 mg/L）高于植物区（0.94–3.65 mg/L），Fe(II)则相反（藻类区1.19–2.52 mg/L vs. 植物区2.14–6.18 mg/L），表明Fe/Mn氧化物还原溶解促进W释放。  

W化学形态（图5、表1）：  

 

藻类区残渣态（F5）占比（42.61%）低于植物区（59.71%），而Fe/Mn结合态（F3+F4）更高（55.72% vs. 38.69%），说明藻类区W更易释放。  

硫酸盐浓度（图2）：  

 

藻类区硫酸盐还原促进Fe(II)与S²⁻形成硫化铁沉淀，降低Fe(II)浓度，但Mn因硫化锰不稳定仍保持较高溶解态。  

 

结论  

藻类区沉积物中W释放风险更高，DOM竞争吸附位点和Fe/Mn氧化物还原溶解是主因。  

 

水生植物通过吸收W和根际氧化形成Fe/Mn氧化物，抑制W释放。  

 

控制藻类暴发并恢复水生植物是控制湖泊沉积物W释放的有效措施。  

 

丹麦Unisense电极数据的意义  

使用Unisense微电极原位高分辨率测定沉积物pH和DO，具有以下研究价值：  

揭示氧化还原微界面：DO的垂向分布（图2）显示藻类区表层因光合作用富氧，但深层因藻类降解耗氧，导致Fe/Mn氧化物还原溶解，直接关联W释放。  

 

解析Fe/Mn循环机制：DO浓度与Fe(II)、Mn的负相关性（藻类区DO高但Fe(II)低，植物区DO低但Fe(II)高）表明，植物根际分泌氧气促进Fe(II)/Mn(II)氧化为Fe(III)/Mn(IV)氧化物，增强对W的吸附固定。  

 

支撑模型构建：pH和DO数据为解释钨形态转化（如WO₄²⁻在碱性条件下的稳定性）和释放通量计算（基于Fick定律）提供了关键环境参数。