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摘要
为探析长江口沉积物-水界面砷的迁移转化机制，本文分析了2019年夏季长江口4个站位上覆水和间隙水中总As浓度及形态的剖面变化特征，耦合氧化还原敏感元素(Fe、Mn和S)的剖面变化剖析了沉积物-水界面砷循环的Fe-Mn-S控制机制，同时结合砷相关功能基因探讨了沉积物-水界面砷迁移转化的微生物调控过程，估算了沉积物-水界面总As的扩散通量。结果表明，除A7-4站位外，长江口其他3个站位间隙水总As以As~(3+)为主要存在形态，且总As浓度均在上覆水中为最低值(0.748～1.57μg·L~(-1)),而在间隙水中随着深度增加而逐渐增加并在6～9 cm深度达到峰值(7.14～26.9μg·L~(-1))。间隙水总As及As~(3+)浓度的剖面变化趋势与溶解态Fe~(2+)、Mn~(2+)相似，其均在中间层出现高值，说明沉积物Fe/Mn还原带砷的释放可能是随固相Fe(Ⅲ)或Mn(Ⅳ)的还原而转移到间隙水中的。氧化层和Fe/Mn还原带过渡区间隙水砷浓度与砷异化还原菌功能基因arrA和arsC丰度存在对应关系(除A1-3站外),说明砷异化还原菌将溶解As~(5+)或固相As~(5+)还原为溶解As~(3+)可能是该过渡层砷迁移转化的另一重要过程。硫酸盐还原带的间隙水总As和As~(3+)浓度降低，但由于间隙水的低S~(2-)浓度不利于砷硫化物生成，因此深层间隙水砷可能与铁硫矿物结合而被移除。底层环境氧化还原条件是影响沉积物-水界面砷迁移转化的重要因素，随底层水DO浓度的降低，砷迁移转化更倾向于微生物还原控制。长江口沉积物-水界面总As的扩散通量为1.18×10~(-7)～2.07×10~(-7)μmol·cm~(-2)·s~(-1),均表现为沉积物间隙水中总As向上覆水释放，即沉积物是研究区域水体总As的来源之一。
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单位中国科学院; 国家海洋局北海预报中心; 中国科学院大学; 中国科学院海洋研究所
