砷（As）是一种具有高毒性的环境污染物，被世界卫生组织认定为危害全球公众健康的十大化学物质之一，并被国际癌症研究机构归类为第一类致癌物。近十年来，我国的地表水砷污染问题较为突出，已成为非常严峻的社会问题和环境问题。进入水体中的砷最终沉降到沉积物中，导致沉积物成为水体砷的蓄积库。然而，蓄积在沉积物中的砷并不稳定，在适当条件下可以向水体释放砷，造成水体持续发生砷污染。因此，控制沉积物砷向水体的释放，是降低地表水砷污染风险的重要措施。水生植物修复是原位治理沉积物污染的主要技术措施之一，在水生态修复工程中得到了广泛应用。然而，关于水生植物修复砷污染沉积物的研究较少，尤其缺乏对植物根际砷的环境地球化学行为与机制的系统研究。水生植物根际是一个环境条件剧烈变化的微区，传统的根际研究方法不仅破坏根际，而且存在分辨率低和操作繁琐等缺点。利用高分辨采样和分析技术开展水生植物根际砷的精细化研究，是深入拓展该领域研究的关键。 

　　在此背景下，中国科学院南京地理与湖泊研究所丁士明研究员团队使用平面光极和薄膜扩散梯度等高分辨采样和分析技术对水生植物-菹草根际微环境特征及对砷生物有效性的影响开展了系统研究。结果发现，菹草根系泌氧会导致根际形成微氧环境，根际中还原态铁被O₂和铁氧化微生物氧化并沉降在根际沉积物颗粒和根系表面形成铁斑；根际中还原态As(III)被锰氧化物和砷氧化微生物氧化至As(V)，增加了根际铁斑对砷的吸附能力，降低了根际中砷的毒性和迁移性。此外，菹草的根际效应提高了微生物的砷甲基化功能，促进了根际中砷的甲基化过程，降低了根际中砷的毒性。综上所述，水生植物具有提高沉积物氧化环境以及改变根际微生物功能的作用，有利于降低沉积物中砷的迁移性、生物有效性和毒性。相比于底泥疏浚和钝化等治理技术，水生植物修复具有治理成本低、污染物去除持久以及对环境友好等优势，基于水生植物根际效应开展沉积物砷修复是降低沉积物砷释放和水体砷污染的有效手段。 

　　相关研究成果以Sediment arsenic remediation by submerged macrophytes via root-released O₂ and microbe-mediated arsenic biotransformation为题，发表在国际英文期刊Journal of Hazardous Materials上，文章通讯作者为中科院南京地理与湖泊研究所丁士明研究员，第一作者为李财博士。该研究工作得到国家自然科学基金和国家重点研发计划项目的资助。 

　　全文链接为：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.131006 

图1 菹草根际O₂浓度随根系生长的变化 

图2 菹草根际有效态铁、锰、砷和磷的二维和一维分布特征 

图3 菹草根际微生物的群落结构与功能