富营养化是当前我国水污染防治攻坚的重点任务。磷是湖库富营养化的关键限制性营养元素。过去十几年来，国家投入大量经费用于城镇生活污水、工业废水、农业面源等外源污染的治理，并取得显著成效。当外源磷得到有效控制，底泥内源磷成为湖库富营养化防治的关键。我国拥有各类水库约9.8万座，居世界首位。内源磷的强烈释放使得诸多水库正在遭受富营养化问题的严重威胁。由于对水库内源磷活化机理缺乏系统认识，制约了对水库水环境保护和富营养化防治措施的科学制定。
近期，中国科学院地球化学研究所陈敬安研究员团队的王敬富研究员在前期研究工作（Sci. Total Environ., 2023；Sci. Total Environ., 2019；Environ. Pollut., 2016）基础上，利用高分辨激光剥蚀等离子体质谱偶联薄膜扩散梯度技术（LA-ICP-MS & DGT）以及光谱学分析方法，揭示了还原性沉积环境中锰主导水库内源磷释放的新机制。结果表明：1）还原性沉积环境中“磷-锰”在沉积物颗粒外层（~3 nm）高度耦合，这与氧化性沉积环境中“磷-铁”耦合循环有显著差异；2）还原性沉积环境中，Mn(III)氧化物是与磷耦合的关键锰物种，Mn(III)的还原溶解主导了内源磷的活化迁移；3）还原性沉积环境下铁主要以惰性铁矿物赋存于沉积物颗粒内层（>3 nm），氧化还原波动时铁的再活化很弱，造成了“磷-铁”循环的解耦。上述成果突破了传统的湖库沉积物磷释放的“铁-磷”耦合循环控制理论，提出了沉积物锰驱动磷循环的新认识，为湖库内源磷污染精准防控提供了重要科学依据。
图1 不同沉积环境中沉积物内源磷的活化迁移模式
上述研究成果以“Manganese(Ⅲ) Dominants the Mobilization of Phosphorus in Reducing Sediments: Evidence from Aha Reservoir, Southwest China”为题发表在环境科学与生态学领域主流期刊《Science of the Total Environment》上。
本研究得到国家重点研发计划（2023YFF0806000、2021YFC3201000）、国家自然科学基金（41977296, 42277253）、中国科学院青年创新促进会（Y2023105）和国家资助博士后研究人员计划（GZC20241694）等项目资助。
系列论文清单：
1) Manganese(Ⅲ) Dominants the Mobilization of Phosphorus in Reducing Sediments: Evidence from Aha Reservoir, Southwest China. Sci. Total Environ., 2024.
原文链接: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.176564
2) Application of two-dimension, high-resolution evidences to reveal the biogeochemical process patterns of trace metals in reservoir sediments. Sci. Total Environ., 2023.
原文链接: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166404
3) In situ, high-resolution evidence of phosphorus release from sediments controlled by the reductive dissolution of iron-bound phosphorus in a deep reservoir, southwestern China. Sci. Total Environ., 2019.
原文链接: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.02.194
4) Effects of seasonal hypoxia on the release of phosphorus from sediments in deep-water ecosystem: A case study in Hongfeng reservoir, Southwest China. Environ. Pollut., 2016.
原文链接: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2016.08.013
（陈敬安课题组 陈权/供稿）