近日，河海大学李轶&江苏大学张弛团队研究提供了一种可持续的缺氧和磷污染缓解策略，并强调了内层吸附在磷回收中的关键作用以及微生物关键类群在磷循环调控中的重要性。研究结果以“Enhanced phosphorus removal from anoxic water using oxygen-carrying iron-rich biochar: Combined roles of adsorption and keystone taxa"为题，在环境科学领域尤其是水研究方向的顶级期刊《Water Research》（IF = 11.4）发表，第一作者为河海大学熊心妍。
摘要
人为活动导致的水环境磷（P）富集可引发富营养化、有害藻华及水质恶化。吸附剂常被用于水体除磷及磷回收，然而在缺氧底栖环境中磷极易再次释放。针对这一问题，本研究制备了载氧富铁生物炭（O-Fe-BC），其作为高效氧微纳米气泡载体（1.5 MPa 下 Q = 8.7024 cm³/g STP）及磷吸附剂（qm = 16.7097 mg P/g，q0.1 = 3.1974 mg P/g）。在 O-Fe-BC 处理的 90 天实验周期中，上覆水溶解氧（DO）水平可维持在～4 mg/L（峰值达～9.5 mg/L），总磷（TP）和可溶性反应性磷（SRP）水平下降超 96%。与其他组相比，O-Fe-BC 组表层沉积物 - 生物炭混合物中无机磷含量更高，且沉积物孔隙水中活性磷和铁浓度更低，表明磷固定作用增强。进一步机制探究揭示了吸附与微生物响应的协同作用：O-Fe-BC 主要通过配体交换形成内层络合物实现高效磷酸盐吸附，而关键类群（尤其是 Candidatus Electronema）在驱动水化学分异中起关键作用。特别地，这些电缆细菌可在表层沉积物中提供大量铁氧化物，与磷结合以阻止其释放，Ca. Electronema 丰度与氧化还原电位（ORP）、TP、SRP 及沉积物铁磷变化的显著相关性证实了这一点。此外，绿豆幼苗盆栽实验表明，回收的 O-Fe-BC 显著促进种子萌发与生长，显示其作为富营养化水体除磷及磷回收新材料的潜力。综上，本研究为可持续缓解缺氧及磷污染提供了有前景的策略，并强调了内层吸附在磷回收及微生物关键类群在磷循环调控中的重要作用。
DGT技术的应用为研究提供了精确的磷和铁浓度数据，有助于深入理解O-Fe-BC在水体磷污染控制中的作用机制，特别是在沉积物-水界面处的磷固定和铁循环过程。
DGT（薄膜扩散梯度）技术在本文中主要应用于以下几个方面：
磷和铁的浓度测定：利用DGT技术测定了沉积物-水界面（SWI）处以及沉积物中不同深度的DGT-可交换磷（DGT-labile P）和DGT-可交换铁（DGT-labile Fe）的浓度，以评估不同处理对磷和铁分布的影响。
磷和铁的通量计算：基于DGT技术测定的浓度数据，计算了磷和铁在沉积物-水界面的扩散通量，以量化磷和铁的迁移速率。
磷的固定效果评估：通过比较不同处理组中DGT-可交换磷的浓度，评估了O-Fe-BC对沉积物中磷固定的效果。结果显示，O-Fe-BC处理组在沉积物表层和深层均表现出较高的磷固定效率。
铁的释放风险评估：通过分析DGT-可交换铁的浓度，评估了不同处理对铁释放的风险。结果表明，O-Fe-BC处理组在沉积物中维持了较低的DGT-可交换铁浓度，降低了铁释放的风险。
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