近日，我院潘峰副教授以“Integrated effects of bioturbation, warming and sea-level rise on mobility of sulfide and metalloids in sediment porewater of mangrove wetlands”为题在国际期刊Water Research在线发表最新研究成果。该研究基于野外监测和室内模拟实验，通过对不同环境条件下沉积物孔隙水相关组分的高分辨刻画，揭示了红树林湿地底栖蟹类生物扰动对硫氧化还原循环以及砷和锑迁移转化的关键效应，为全球变化背景下红树林湿地物质循环研究提供新的思路。

红树林对近海乃至全球海洋生态系统的维持与发展起着关键性作用，而全球变化如升温和海平面上升会对红树林生态系统产生深远影响。底栖蟹类在红树林湿地广泛分布，它们以挖洞筑穴为代表的生物扰动会显著改变沉积物-孔隙水特性，从而影响红树林湿地物质循环和生态系统健康。然而，生物扰动如何影响沉积物-水系统中生物有效性砷(As)、锑(Sb)和硫化物的迁移转化，以及它们对全球升温和海平面上升的响应机制，目前尚不清楚。

本研究利用原位、高分辨率的薄膜扩散梯度（DGT）技术，首次对红树林生物扰动沉积物中硫化物、As和Sb的环境化学行为进行了对比研究。研究结果表明，沉积物中还原的硫化环境有利于As的活化和释放，并导致Sb的沉淀和钝化。通过将季节性野外监测同室内非生物扰动/水淹实验相结合，本研究证实了夏季活跃的生物扰动可以显著改善表层沉积物的氧化条件，导致还原/有机结合态Sb的氧化和释放，而As则被铁/锰氧化物吸附钝化。在非生物扰动和进一步的水淹对照实验中，沉积物趋于硫化环境，加剧了As的再活化和释放，以及Sb的沉淀和钝化（图1）。这一鲜明对比也被二维高分辨率成像所证实（图2）。

本研究还发现蟹类洞穴密度和生物扰动强度对温度极为敏感，升温会激发更为活跃的生物扰动，从而导致沉积物氧化并伴随着Sb活化和As钝化，这与非生物扰动沉积物的情况是截然相反的（图3）。然而，海平面上升引发增强的水淹条件，会抑制蟹类活动和生物扰动，从而导致沉积物还原硫化并伴随着As活化和Sb钝化（图4）。本研究强调，全球变化可能会通过调节底栖生物扰动和氧化还原化学显著影响滨海红树林湿地的元素循环。

图1  DGT有效态硫、砷和锑在不同生物扰动条件下的浓度变化

图2  DGT有效态硫、砷、锑和铁在生物扰动和非生物扰动沉积物中的二维（a和b）和一维垂向（c）分布对比

图3  DGT有效态硫、砷和锑在不同月份（a、b和c）以及随温度（d、e和f）的浓度变化

图4 不同情景下生物扰动影响沉积物As和Sb迁移转化的示意图

我院潘峰副教授为本论文第一作者，共同通讯作者为南方科技大学肖凯副教授和厦门大学郭占荣教授，共同作者包括我院王新红教授，南方科技大学李海龙教授、郑焰教授、郑春苗教授，博士生蔡宇，以及美国哥伦比亚大学Benjamin Bostick教授，美国特拉华大学Holly Michael教授。本研究获得国家自然科学基金（42106038、42177046）和中国博士后科学基金（2020M682085）的资助。

Pan, F., Xiao, K.*, Cai, Y., Li, H., Guo, Z.*, Wang, X., Zheng, Y., Zheng, C., Bostick, B.C. and Michael, H.A. (2023) Integrated effects of bioturbation, warming and sea-level rise on mobility of sulfide and metalloids in sediment porewater of mangrove wetlands. Water Research, 233, 119788. doi: 10.1016/j.watres.2023.119788

文、图 | 潘峰、肖凯

责任编辑 | 潘峰

排版 | 吴晓倩