本次分享一篇由中國水利水電科學研究院高博團隊在《Journal of Hazardous Materials 》上發表的一篇學術論文“Influence of anti-seasonal inundation on geochemical processes of arsenic speciation in the water-level-fluctuation zone soil of the Three Gorges Reservoir, China”

自三峽大壩的建成后，三峽水庫（TGR）的消落帶土壤（WLFZ）經歷著周期性的反季節淹沒。然而，關于三峽水庫消落帶土壤中砷（As）的遷移轉化機制卻尚未可知。為此，本研究結合野外監測和室內模擬淹沒實驗，試圖闡明消落帶淹沒土壤中As的遷移，As(V)和As(III)之間的轉化以及驅動這些過程的關鍵因素。結果表明，反季節淹沒（13℃）條件下，淹沒土壤中As的釋放過程有所減緩。此外，13℃淹沒條件下，孔隙水中總As及毒性相對更強As(III)的濃度較低，且As(III)較32℃（模擬季節性淹沒條件）出現得更晚。意味著，在反季節淹沒條件下，淹沒土壤中As還原及其所帶來的毒性風險得到了一定程度降低。研究指出，含As錳（氫）氧化物的還原和溶解有機碳（DOC）的競爭吸附是影響土壤中As遷移及轉化的主要機制。此外，微生物介導下并伴隨DOC、氮和Mn（氫）氧化物的解毒/還原過程，是反季節淹沒條件下土壤孔隙水及上覆水中As(III)富集的主要途徑。本研究加深了對水庫調度影響下消落帶土壤中As生物地球化學過程的認識。

本研究通過模擬季節性和反季節性淹沒溫度，開展了反季節性淹沒條件對三峽水庫消落帶（WLFZ）土壤中砷（As）生物地球化學過程影響的研究。結果表明，淹沒溫度的變化影響了淹沒土壤中微生物活動及其群落組成，并進一步驅動了土壤中As的釋放和還原過程。在淹沒期間，淹沒土壤中As的遷移和轉化歸因于含As錳，（氫）氧化物的還原和溶解有機碳（DOC）的競爭吸附。反季節性淹沒條件下，較低的淹沒溫度減緩了錳（氫）氧化物的還原釋放，也進一步影響了土壤As向孔隙水和上覆水中的遷移過程。此外，進入孔隙水和上覆水的As，伴隨著DOC、氮及錳（氫）氧化物的微生物過程進一步發生了價態的轉化。今后，還需開展長期的野外原位監測，以更加深刻地認識大型水庫調度運行對消落帶土壤中As生物地球化學過程的影響。

在這篇文章中，平面光極（Planar Optode, PO）和高分辨孔隙水采樣裝置（ HR-Peeper）起到了監測和分析水體和土壤中多種環境參數的關鍵作用。以下是它們各自的主要功能：

平面光極（Planar Optode, PO）：

平面光極被用來每日成像土壤-水系統上層水體中的溶解氧（DO）和pH水平。這些數據對于理解水體和土壤中的生物地球化學過程至關重要，因為溶解氧和pH值直接影響了砷（As）的形態和遷移。

平面光極允許研究人員實時監測這些參數的變化，從而更好地理解砷在水體和土壤中的遷移和轉化過程。

高分辨孔隙水采樣裝置（HR-Peeper）：

HR-Peeper用于測量土壤孔隙水中的溶解態砷（TAs）、砷(III)、砷(V)、錳(Mn)和鐵(Fe)的濃度。這些數據提供了關于土壤孔隙水中砷和其他關鍵元素濃度的詳細信息。

通過使用HR-Peeper，研究人員能夠收集不同時間點的孔隙水樣本，并分析這些樣本中的砷和其他元素的濃度，這對于理解砷在土壤孔隙水中的行為和遷移模式至關重要。

這兩種技術的應用使得研究人員能夠詳細地監測和分析砷在水體和土壤中的動態變化，以及它們與環境因素（如溶解氧、pH、溶解性有機碳等）之間的關系。這些數據對于評估砷的環境風險和制定相應的管理策略具有重要意義。

高分辨孔隙水采樣裝置