作者:Scott Fendorf 来源:《自然—地球科学》 发布时间:2015/12/31 13:50:18
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砷释放机制将影响东南亚农田实践

 湿地地下水试验

如果通过建设大坝等变换水进程的方式,改变了一个地区的水文环境,或者通过改变农业实践的做法,把氧、硝酸盐沉积物置于本无它们的地方,都将影响砷的释放。

南亚和东南亚地下水中含有的砷通常20~100倍于世界卫生组织所建议的限制值,导致该区域包括孟加拉国、柬埔寨、印度、缅甸、越南和中国在内的超过1亿人饮用水砷中毒。

美国斯坦福大学的科学家们已经解开了这一谜团,也就是东南亚的微生物应为之负责,它们释放危险的砷到该地地下水中以获取食物。相关研究成果发表在《自然—地球科学》杂志上,可以指导今后的水文管理和土地发展。

砷被定位于来自喜马拉雅山岩石中的铁氧化合物,被冲下主要河流,沉积在盆地、三角洲的低地。科学家了解到,在无氧情况下,一些生活在沉积物中的细菌可以利用砷和铁氧化物作为呼吸的替代手段。然而,当它们这样做时,微生物分离了砷和铁氧化物,并把毒素转移到地下水中。

尽管如此,这个系统的奥秘也是一个明显的能量来源,即微生物在分离过程中挖掘到“燃料”。

“在建立地下水砷浓度预测模型中,一个困扰我们的问题是,微生物利用的食物是如何并且为什么穿越不同地理景观随着沉积物深度而变化的。”斯坦福大学地球、能源与环境科学学院教授Scott Fendorf说道。

在这项研究中,Fendorf和他的团队想要确定这些释放砷的微生物是否以取食地面附近的植物沉积物为生的,还是攫取了深埋地下的旧材料。科学家想回答的第二个问题是,砷的释放在亚洲各景观中如何变化?

为了回答这些问题,Fendorf团队进行了一系列的田间试验。他们收集了柬埔寨湄公河三角洲两种地理景观下的沉积物岩芯:一年中只有部分时间被雨水浸透的季节性湿地和持续被淹没的永久性湿地。

“我们集中研究湿地,因为这是柬埔寨、越南和其他受砷污染国家的最主要的景观类型。”Fendorf表示。

在器皿中,将来自不同深度的沉积物和人造地下水混合,显示了生活在永久性湿地上层的无氧细菌释放出砷。然而,在季节性湿地同一个浅层的、混合了沉积物的水中则无砷。

斯坦福大学的科学家们推测,居住在季节性湿地浅层的细菌在干燥季节食用所有易消化的植物材料,此时沉积物暴露于空气中,微生物有机会接触氧。结果就是,当水流退去,没有食物留给微生物了,使它们无法从铁氧化物中分离砷颗粒。

当科学家们往季节性湿地器皿里补充了富含碳的、易消化的葡萄糖,其中的微生物开始释放出砷时,他们的假设也就被证实了。“不会往水里释放砷,是因为没有足够的、能以它们的形式利用的碳。”Fendorf说。

相同的试验还在100英尺的地下取样——这正是亚洲多数水井的深度,证实了生活在永久性湿地和季节性湿地之下相同深度的细菌同样受限,正常条件下不会释放砷到地下水中。另外,永久性湿地的细菌是释放砷的罪魁祸首。

但是,当条件改变了呢,比如土地被开发用于其他用途?为此,研究团队进行了第二类试验。他们使挖出的一块季节性湿地长期保持水满状态,将其模拟成一个小型的、偏僻的永久性湿地。正如预测的那样,这导致了砷的释放。

这一发现对于南亚和东南亚土地开发导致的砷浓度变化以及陆地碳循环具有重大意义。“如果通过建设大坝等变换水进程的方式,改变了一个地区的水文环境,或者通过改变农业实践的做法,把氧、硝酸盐沉积物置于本无它们的地方,都将影响砷的释放。”Fendorf表示(来源:中国科学报 王方编译)

 
 
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