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地下水位波动驱动的沉积物充放电规律与机制研究

王培源 童曼

王培源, 童曼. 地下水位波动驱动的沉积物充放电规律与机制研究[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240788
引用本文: 王培源, 童曼. 地下水位波动驱动的沉积物充放电规律与机制研究[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240788
Patterns and mechanisms of sediment charging and discharging driven by groundwater level fluctuations[J]. Bulletin of Geological Science and Technology. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240788
Citation: Patterns and mechanisms of sediment charging and discharging driven by groundwater level fluctuations[J]. Bulletin of Geological Science and Technology. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240788

地下水位波动驱动的沉积物充放电规律与机制研究

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240788
基金项目: 国家级-低渗透黏土介质在氧化扰动下的长距离电子传递规律与受控机制(42277072)
详细信息
  • 中图分类号: 0830,08

Patterns and mechanisms of sediment charging and discharging driven by groundwater level fluctuations

  • 摘要: 摘要:【目的】地下水环境中生物地球化学反应的本质是电子转移。沉积物是地下水环境中重要的电子储库,在水位波动驱动下可经历循环的电子储存与释放,显著影响地下水中的物质转化和元素循环。然而,目前对于地下水位波动驱动的沉积物充放电规律及机制仍缺乏认识。【方法】本研究构建了一维土柱体系模拟地下水位波动带,结合化学分析、精细结构表征和分子生物学技术,探究了水位波动驱动的沉积物充放电规律与机制。【结果】结果表明,在短周期波动模式下,沉积物可以完成两次充-放电循环,最大充放电量分别为2.3和8 μmol e-·g-1,最大充放电速率为0.577和2.012 μmol e-·g-1·d-1。沉积物的活性电子来源主要为吸附态、离子交换态和高活性结构态Fe(II)。水位波动通过驱动Fe(III)生物还原-Fe(II)化学氧化实现沉积物中电子的储存与释放。随着还原-氧化反应的循环,铁氧化物的生物可利用性降低,导致沉积物无法持续充放电。电子穿梭体蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS)的输入初期显著提高了充放电速率,但加速了三价铁生物可利用性的降低,最终使充放电速率逐渐下降,充放电循环在第3周期停止。电子供体乳酸钠的输入显著富集了铁还原菌Anaeromyxobacter,维持了三价铁的高生物可利用性,使沉积物的充放电速率显著提高,在水位波动下能进行持续的充放电循环。【结论】本研究揭示了不同水位波动模式下沉积物充放电行为的变化规律及其控制机制,增进了我们对地下水位波动影响下沉积物电子转移机制的理解,也为地下水污染防控提供了新的策略。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-12-27
  • 网络出版日期:  2025-06-10

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