近日，环境领域顶刊《Environmental Science & Technology》发表环地学院科研团队的研究成果“Migration and Transformation of Antimony at the Sediment−Water Interface: Insights from DGT Technique and Laboratory Simulation”。该文结合太浦河的实地调查与室内模拟实验，阐明了锑(Sb)在沉积物-水界面的分布规律及其生物地球化学转化过程。
图1 (a) T6站点和(b) T9站点处DGT有效态锑的分布模式
重金属对许多水生生物而言是维持生命活动所必需的微量元素，但当其浓度超过特定阈值时则具有毒性。近几十年来，由于重金属具有持久性、毒性和生物累积性，其引发的环境风险已引起全球广泛关注。锑(Sb)作为一种在多个工业领域广泛应用的重金属元素，其致癌性与遗传毒性已引发环境与公共卫生领域的重大关切。然而，Sb在沉积物-水界面的形态转化与迁移机制尚不明确。针对这一问题，本研究以太浦河为研究对象，联合应用薄膜梯度扩散技术（DGT）与室内模拟实验，对沉积物-水界面处生物有效性锑的空间分布进行高分辨率解析；评估锑在界面处的释放特征与扩散通量；阐明锑在沉积物中的迁移转化机制，从而为该区域的生态修复实践与环境管理策略提供科学依据。
结果表明，孔隙水中锑的浓度显著高于上覆水，沉积物柱状样中锑的最大积累出现在5-10厘米深度，表层沉积物中浓度较低。薄膜梯度扩散技术（DGT）测定结果显示活性态锑随深度增加而降低，表明还原态锑从缺氧层向上扩散；然而通量计算表明，在有氧沉积物中氧化清除作用主导了净向下的输送趋势（图1）。室内模拟显示溶解态Sb(III)在42天内完全氧化为Sb(V)（图2）。X射线光电子能谱证实铁锰（羟基）氧化物介导了该氧化过程，并通过强表面吸附固定Sb(V)。沉积物培养实验进一步揭示了铁锰氧化物溶解期间锑生物有效性的短暂升高，随后在残渣态中长期稳定。这些结果凸显了铁锰矿物在调控锑的氧化还原循环与固定中的双重作用，为河流环境中锑的迁移转化机制、生态风险及修复策略提供了机理层面的科学依据。
图2沉积物中锑价态的时序变化特征。(a)-(d)为1000 mg/L锑浓度组。(e)-(h)为100 mg/L锑浓度组
本研究的第一作者为上海师范大学环境与地理科学学院涂耀仁博士，通讯作者为上海师范大学环境与地理科学学院李亚龙博士，合作作者包括中国科学院地球环境研究所金章东研究员、张飞研究员、汪进研究员及上海师范大学环境与地理科学学院段艳平博士。本研究由国家自然科学基金项目（42473003，42403051）、中国科学院战略性先导科技专项（XDB40020105）、中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室开放基金（SKLLQGZR2304）以及中国博士后科学基金项目（GZB20250326）共同资助。
（供稿：院办）
