水环境健康与水生态安全是生物多样性维持和社会经济可持续发展的基石。近日，内蒙古大学生态与环境学院吕昌伟教授环境地球化学与健康研究组针对“一湖两海”冰封期内源磷的界面过程及水源水库沉积物重悬过程中锰的释放风险开展了研究，在铁异化还原及其对有机磷释放的驱动机制、沉积物重悬抑藻过程中锰的季节性释放及去除机制与技术等方面取得了连续进展。
与南方湖泊相比，蒙古高原湖泊具有冰封期长、复氧差及水-沉积物界面附近氧化还原边界层季节性迁移等显著特点；然而，冰封缺氧条件下微生物异化铁还原是否仍能保持对磷释放的主导作用尚不清楚。本研究构建了上覆水-孔隙水-沉积柱芯微宇宙系统，开展了不同时间尺度不同季节不同微生物种类驱动下铁异化还原对磷再生循环影响机制的微宇宙模拟实验研究，揭示了冰封期水-沉积物界面生物地球化学动态特征，探讨了不同微生物种类对磷与铁在不同氧化还原梯度带界面行为的影响过程，阐明了磷与铁界面耦合行为与效应的微生物影响机制，对完善寒旱区湖泊沉积物中铁氧化物在氧化还原边界层季节性迁移中的控磷机理具有重要意义。
研究表明，冰封期微生物处理组上覆水中磷浓度仍高于对照组，特别是微生物活性较高的起始阶段强化了氧化铁还原和有机磷（OP）降解；无机磷和Fe2+在上覆水-孔隙水-沉积物体系中的相关性证实了水-沉积物界面通过孔隙水的桥接作用实质性地影响了上覆水的水化学特征，突出了内源污染对水质的影响。研究发现，硝酸盐还原菌优先降解有机质和有机磷而释磷，而异化铁还原菌主要还原溶解铁氧化物而释放铁结合态磷，揭示了不同微生物活性和环境条件下不同的磷释放机制和来源。本研究强调了微生物活动在冰冻期内源磷释放中的作用，特别是有机磷的释放，可能为春夏季藻华提供初始营养供应。研究确定了沉积物铁还原带（8-10 cm）为磷释放的热点层位，为精准确定湖泊最佳疏浚深度提供了关键科学依据。
图1 样点及实验设计
图2 内源释放对上覆水水质化学特征的影响
图3 内源有机磷释放的影响
研究成果发表于《Water Research》，生态与环境学院博士生姜欣岳和刘阳峥为共同第一作者，吕昌伟教授为通讯作者，内蒙古自治区环境监测总站谢志磊高级工程师为共同通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123962
水源水库中底泥厌氧条件下释放还原态锰是供水系统重锰超标的重要发生源。通过底泥重悬提升沉积物氧化性可抑制锰释放，但同时给底泥带来的扰动也会增加锰的释放风险，相关机理尚不清楚。内蒙古大学生态与环境学院吕昌伟教授环境地球化学与健康创新组联合中国科学院生态环境研究中心杨敏研究员（国家杰青）团队，结合室内模拟与6个水源中的原位实践探究了底泥增氧与扰动下锰形态转化及去除机理，提出风险阈值，进一步明确了底泥重悬除藻降锰技术在水源中应用的边界条件，提升了供水系统中应对锰超标水质问题的防控应对能力。
春夏季提高水位改善了溶解氧（DO）水平并降低了营养盐浓度（如硝酸盐），可显著降低总藻细胞密度；秋季水位升高虽可抑藻，但也加剧了锰释放风险。DO升高可显著减少沉积物中总锰的释放，主要是由于DO的增加促进了DOM由以类蛋白为主的C1组分向富含芳香族结构及反应性官能团的C2和C3组分转化，增强了DOM与Mn(II)之间的络合与吸附作用，促进了水体中溶解态锰向胶体态和颗粒态转化，从而有效降低了水体中Mn(II)的浓度。本研究基于Mn-DOM的结合机制，揭示了提升DO对减少底泥重悬过程中锰释放的重要意义，初步探索了基于锰氧化菌的生物去除技术，形成了沉积物重悬过程中Mn(II)去除机理的概念模式；结合现场实验结果，提出了两个关键风险阈值：17.4 μg/L（补偿阈值）和95.5 μg/L（风险阈值），为基于底泥重悬的藻类控制技术的实施提供了重要理论指导。
图4 不同条件下沉积物中的锰的形态特征
图5 沉积物重悬过程锰的迁移转化机制概念图
研究成果发表于《Environmental Science & Technology》，中科院生态环境研究中心苏命研究员和内蒙古大学生态与环境学院2022级硕士研究生李薇薇（联合培养）为共同第一作者，中科院生态环境研究中心杨敏研究员和内蒙古大学生态与环境学院吕昌伟教授为共同通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.5c00235
上述工作得到了国家自然科学基金项目（42167028, 52030002, 51878649, W2412156）、内蒙古自治区自然科学基金重点项目（2024ZD01）、内蒙古自治区科技领军人才计划（A类，NJYT22092）、国家重点研发计划（2022YFC3203603）等项目资助。
