DGT和(he)HR-Peeper聯用(yong)案例：評(ping)估(gu)熱(re)變對(dui)沈(chen)積物中(zhong)鐵磷遷移影響

本期分享壹(yi)篇(pian)河(he)海(hai)大學Robert BofahBuoh團隊(dui)在《Environmental Science and Pollution Research》發表的(de)壹(yi)篇(pian)學術論文：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(dan)水(shui)生(sheng)態特(te)征，如(ru)熱(re)分層(ceng)的(de)日常(chang)庫存(cun)、水中(zhong)氧分布(bu)的(de)空間(jian)變化，以(yi)及(ji)水-沈(chen)積(ji)物界(jie)面(mian)（WSI）潛在有(you)毒元素（PTEs）的(de)遷移，是(shi)水(shui)質(zhi)管(guan)理(li)協議中(zhong)用(yong)於(yu)淡水(shui)評(ping)估(gu)的(de)重(zhong)要(yao)指標(biao)。本研究在受(shou)季(ji)風(feng)影響的(de)區(qu)域(yu)內進行(xing)日常(chang)觀(guan)測(ce)，利(li)用(yong)高(gao)分辨(bian)率(lv)技術(shu)，如HR Peeper（高(gao)分辨(bian)孔(kong)隙(xi)水(shui)采(cai)樣(yang)裝置）、Yellow Spring Instrument (YSI) 和(he) ZrO-Chelex 薄膜擴(kuo)散梯度(du)技(ji)術（DGT），在不同(tong)溫(wen)度(du)和(he)氧條件(jian)下分析(xi)水-沈(chen)積(ji)物界(jie)面(mian)（WSI）中(zhong)的(de)特定(ding)PTEs，即(ji)磷(lin)（P）和(he)鐵（Fe）。這項為期66天(tian)的(de)現場研究表(biao)明(ming)，高(gao)熱(re)結(jie)構顯著(zhu)促(cu)進了(le)沈積物中(zhong)Fe離(li)子和(he)P的(de)產生(sheng)，這是(shi)在FeOOH的(de)還原溶(rong)解(jie)下進行(xing)的(de)。研究還(hai)揭(jie)示了(le)P和(he)Fe在WSI顯示出(chu)可(ke)比較(jiao)的(de)空間(jian)分布模(mo)式，表(biao)明(ming)這些PTEs之間(jian)存(cun)在聯系。這種相(xiang)關性(xing)通(tong)過皮爾遜(xun)相(xiang)關系數得(de)到(dao)加強，範(fan)圍(wei)從0.7到(dao)0.9（雙(shuang)側(ce)，p < 0.05），表(biao)明(ming)遊(you)離(li)P的(de)濃度(du)主(zhu)要受(shou)結(jie)合在鐵上(shang)的(de)磷的(de)釋(shi)放影(ying)響。PTEs的(de)通量為正(zheng)值，Fe的(de)範(fan)圍(wei)是(shi)3.3–81.5 mg/m2/天(tian)，P的(de)範(fan)圍(wei)是(shi)0.03–0.5 mg/m2/天(tian)，表(biao)明(ming)沈(chen)積物將(jiang)PTEs釋(shi)放到(dao)底層水(shui)中(zhong)。同(tong)樣(yang)，在分(fen)層(ceng)度(du)高(gao)（缺氧條件(jian)）時獲(huo)得(de)PTEs的(de)高(gao)正(zheng)通量（Fe≈60 mg/m2/天(tian)，P≈0.5 mg/m²/天(tian)），在分(fen)層(ceng)不存(cun)在時(shi)低（Fe≈5 mg/m2/天(tian)，P≈0.08 mg/m2天(tian)）。這描繪(hui)了(le)Fe/P動(dong)態主(zhu)要取決(jue)於(yu)底層水(shui)在FeOOH還(hai)原(yuan)溶(rong)解(jie)下的(de)缺氧條件(jian)。研究結(jie)果表明(ming)，有(you)機(ji)物（固態和(he)溶(rong)解(jie)態）與(yu)Fe的(de)相關性(xing)顯著(zhu)（>0.7，正(zheng)值高(gao)），這表明(ming)它們的(de)相互作用(yong)導(dao)致(zhi)了(le)水庫水(shui)質(zhi)量的(de)惡化。然(ran)而(er)，Ca²⁺和(he)Mg²⁺對(dui)沈(chen)積物中(zhong)Fe-DOC-P的(de)釋(shi)放影(ying)響很(hen)小(xiao)，因為它們無(wu)法(fa)與(yu)Fe競(jing)爭(zheng)與DOC和(he)P的(de)結(jie)合，如它們的(de)低相關值所示。該(gai)研究提(ti)供了(le)PTEs日(ri)常(chang)時(shi)間(jian)尺度(du)上(shang)的(de)動態深(shen)入見解(jie)，並(bing)為內陸(lu)水(shui)庫的(de)水資源管理(li)實踐(jian)提(ti)供了(le)有價(jia)值信息，特別(bie)是(shi)關(guan)於(yu)磷（P）的(de)循環及(ji)其對(dui)生(sheng)態系統健康的(de)影響。

在本研究中(zhong)，HRP和(he)DGT為我們提(ti)供了(le)寶貴的(de)微(wei)觀(guan)視角(jiao)，觀(guan)察Fe-P-DOC的(de)行(xing)為以(yi)及(ji)熱(re)分層(ceng)如何影響這壹(yi)機(ji)制。在TIR系統中(zhong)，顯著(zhu)的(de)熱(re)分層(ceng)導(dao)致(zhi)底層區(qu)域(yu)的(de)氧氣水平(ping)顯著(zhu)降(jiang)低，從而(er)導(dao)致(zhi)底層水(shui)中(zhong)Fe和(he)P的(de)濃度(du)升高(gao)。相反(fan)，由(you)於(yu)熱(re)分層(ceng)弱化導(dao)致(zhi)的(de)WSI處的(de)高(gao)氧氣含量，對(dui)沈(chen)積物中(zhong)Fe/P的(de)滲出(chu)產生(sheng)了(le)抑制作用(yong)。這種相(xiang)互作用(yong)（Fe-P-DOC）導(dao)致(zhi)水系統中(zhong)黑色(se)物質(zhi)的(de)顯著(zhu)產生(sheng)。研究還(hai)表(biao)明(ming)，如(ru)Ca²⁺和Mg²⁺這樣(yang)的(de)元素對(dui)沈(chen)積物中(zhong)Fe-P-DOC的(de)行(xing)為影響很(hen)小(xiao)，這壹(yi)點從這些元素與Fe/P之間(jian)的(de)低相關性(xing)明(ming)顯看(kan)出(chu)。鐵由(you)於(yu)存(cun)在多種氧化態（Fe²⁺和(he)Fe³⁺），能夠(gou)參與氧化還原反(fan)應，並(bing)能夠(gou)與(yu)各(ge)種(zhong)配(pei)體(ti)的(de)有機(ji)物質(zhi)和(he)磷酸鹽形成(cheng)強復合物，而(er)Ca²⁺和(he)Mg²⁺是(shi)氧化還原非活(huo)性(xing)離(li)子，因(yin)此在氧化還原敏感環(huan)境中(zhong)限(xian)制了(le)它們與Fe在結(jie)合磷酸鹽和(he)有(you)機(ji)物質(zhi)方(fang)面的(de)反(fan)應性(xing)和(he)競爭(zheng)性(xing)。在我(wo)們的(de)研究中(zhong)，有(you)機(ji)物質(zhi)與(yu)Fe/P顯著(zhu)相關（正(zheng)值高(gao)）。Fe與DOC之間(jian)也存(cun)在強(qiang)相(xiang)關(guan)性(xing)（> 0.7）。關(guan)於(yu)沈積(ji)物的(de)化學和物理(li)性(xing)質(zhi)，Fe和(he)P的(de)分布模(mo)式是(shi)同(tong)步(bu)的(de)，這壹(yi)點得(de)到(dao)了(le)高(gao)記錄相關(guan)值（0.7-0.9）的(de)支(zhi)持。當(dang)分層(ceng)高(gao)（缺氧條件(jian)）時，Fe/P的(de)高(gao)正(zheng)通量很低，當分層不存(cun)在時(shi)通(tong)量低。這描繪(hui)了(le)Fe/P動態主(zhu)要取決(jue)於(yu)底層水(shui)的(de)缺氧條件(jian)。當前(qian)研究為TIR中(zhong)Fe-P-DOC的(de)日常(chang)相(xiang)互作用(yong)提(ti)供了(le)寶貴的(de)見解(jie)，這些見解(jie)可(ke)以(yi)應(ying)用(yong)於(yu)其他(ta)經歷類(lei)似(si)氣候和(he)環(huan)境條件(jian)的(de)內陸(lu)水(shui)系統。這些知(zhi)識可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)全球(qiu)水系統的(de)可(ke)持續管理(li)。