中国地质大学（武汉）袁松虎课题组在河岸带水文生物地球化学领域取得新的进展，相关成果以“Effect of Dam on Iron SpeciesDistribution and Transformation in Riparian Zones”发表在Journal of Hydrology上。

河岸带是河流与陆地生态系统的过渡区域，由于其具有强大的缓冲能力，可以去除河水和地下水中的污染物，因此被称为“天然过滤器”。铁（Fe）是河岸带最重要的活性成分之一，对污染物自然衰减和氧化还原敏感元素生物地球化学循环起着重要作用。在自然环境中，铁主要以二价铁（Fe(II)）和三价铁（Fe(III)）两种氧化还原形态存在。Fe(II)既可以非生物还原氧化性污染物（比如铬酸盐），也可以在生物反应中充当电子供体。Fe(III)（氢）氧化物可以吸附痕量金属和有机质，从而影响其在河岸带迁移。除了价态外，铁的反应活性与其物种形态密切相关。前人研究表明铁的价态和矿物转化轨迹主要受环境氧化还原条件影响，而河岸带氧化还原条件主要受河水与地下水相互作用的调控，因此河岸带铁物种转化与水动力过程密切相关。

河岸带水动力过程除了受自然水文、气候和地理条件影响，还会受人为干扰，比如修建大坝。据报道截止20世纪末，世界上超过50%的河流受大坝影响，并且该比例在2030年可能会超过90%。以长江为例，截止至2020年，长江干流及其支流上已经建立起23067座水电站。大坝可以显著改变水动力条件，进而影响水流速度和方向以及生物地球化学过程的反应时间，因此推测大坝可能对河岸带铁物种的生物地球化学循环有重要影响作用。

为了验证上述科学假设，本研究以汉江下游兴隆段河岸带为研究对象，探究了兴隆大坝对上下游河岸带铁物种时空分布与转化的影响规律。结果表明大坝对河岸带含水层溶解态Fe（或Fe(II)）分布的影响不大，但改变了固相总Fe、总Fe(II)和不同铁物种的分布特征以及Fe(II)/Fe(III)和特定铁物种（如碳酸盐结合态铁）的季节性转化规律。如图1所示，大坝导致富铁细颗粒在上游河岸带沉积，而在下游河岸带被侵蚀，因此上游河岸带固相总Fe含量增加，但是空间分布不均。然而，大坝不能改变不同铁物种的相对含量顺序，上下游河岸带不同铁物种的相对含量顺序均为硅酸盐结合态Fe>>高结晶度Fe>低结晶度Fe>碳酸盐结合态铁>>磁铁矿。另一方面，大坝改变了河水-地下水补排关系，使上游河岸带河水补给地下水，而下游河岸带地下水排泄河水。由于河水富含溶解氧和有机质，因此加速了上游河岸带Fe(II)/Fe(III)循环和不同铁物种转化。

图1大坝调控河岸带铁物种分布和转化的机理概念图

联系作者：张鹏副研究员，中国地质大学（武汉）生物地质与环境地质国家重点实验室，zhangpeng@cug.edu.cn。

主要作者介绍：卢钰茜，中国地质大学（武汉）在读博士生，研究方向为河岸铁生物地球化学循环；张鹏，中国地质大学（武汉）副研究员，研究方向为地下水环境界面电子转移与环境效应；袁松虎，中国地质大学（武汉）教授，研究方向为地下水动态变化环境水文地球化学过程、水/岩界面氧化还原过程和地下水修复。