近日，我院硕士研究生夏雯丽（导师：吴自军教授）的研究成果发表于国际知名期刊《Journal of Hydrology》，论文题为“Arsenic cycling driven by hydrogeochemical-tidal coupling in a sandy subterranean estuary”。该研究通过在广西北海典型砂质海岸带布设系列竖井，开展分层地下水野外监测与地球化学分析，结合沉积物分相提取，揭示了地下河口中砷（As）的释放、累积与再迁移机制。该成果深化了对海岸带As生物地球化学循环的认识，为准确评估海底地下水排泄在陆海物质输送中的作用提供了重要科学依据，同时也具有海岸带环境管理与生态风险评估方面的实际应用价值。
海岸带是陆海交互作用的关键地带。海底地下水排泄（SGD）作为陆地向海洋输送物质的隐蔽通道，是全球物质循环的重要环节。SGD携带的陆地淡水与近岸咸水在地下混合，形成了地下河口（Subterranean Estuary, STE），其中发生着活跃的生物地球化学反应，深刻影响化学物质的形态转化及其向海通量。砷（As）是一种广泛存在于自然环境中的有毒类金属元素，其污染问题随着工业化和城市化进程的加快而日益突出。在STE中，砷的迁移转化行为直接关系到近海生态环境安全，然而，潮汐驱动下砂质地下河口砷的地球化学过程、主控因素及其向海通量仍缺乏系统认识。
为此，该研究在广西北海沿岸布设了地下水分级采样装置，建立岸滩监测剖面，在一个完整的大潮周期内开展现场监测与样品采集，同步获取了内陆水井、河流及海水的端元数据（图1）。通过对自陆向海多站位、多层位的地下水与沉积物样品进行地球化学分析，结合固相形态提取、表面络合模型与水文地质计算，查明了砷在STE中的空间分布特征，揭示了不同水文地球化学分带中砷的迁移转化机制及其主控因素，并定量估算了砷的入海通量。
图 1. 研究区及采样站点布设
研究表明，砂质海岸带STE中As的地球化学行为具有显著的空间分带性与潮汐动态性（图2）。地下水总As在局部达到较高水平，As(III)与As(V)的形态分布主要受氧化还原条件控制。
研究区共识别出三种主导机制：
- 潮上带过渡混合区，铁锰氧化物的还原溶解与氧化沉淀形成了As的动态释放与固定循环；
- 潮间带上部的盐水羽流（USP）区，潮汐作用下的海水侵入一方面通过物理混合稀释地下水中As浓度并将含As地下水向海输送，另一方面羽流底部富氧环境促使铁氧化物和铁-硅复合物对As实现有效固定，使As以稳定的非活性态保存于沉积物中；
- 向海密度驱动再循环区，磷酸根与硅酸根的竞争吸附显著促进了As从沉积物向水相的脱附与再迁移，定量模型进一步显示，该区域硅酸盐因其浓度优势与位点屏蔽效应，对As吸附的抑制作用甚至超过了传统认为亲和力更强的磷酸盐。
图 2.地下河口潮周期内总溶解态砷、As(III)、As(V)及As(III)/As(T)剖面分布
基于上述机制，该研究构建了潮汐驱动下砂质地下河口As循环的概念模式（图3）。
图 3.砂质海岸带地下河口砷循环模式
基于地下水位连续监测与水文模型，该研究进一步量化了旱季大潮期间SGD两个主导组分的通量：淡水SGD速率仅为0.25±0.01 m³ m⁻¹ d⁻¹，而潮汐驱动的再循环海水排泄（RSGD）速率高达15.07±2.04 m³ m⁻¹ d⁻¹，后者约为前者的60倍，证实潮汐泵送是该区域SGD的主要驱动力。因此，尽管潮间带USP区的沉积物对砷具有一定封存作用，强潮汐动力导致的高RSGD速率仍使得再循环海水驱动的砷排泄通量远高于淡水贡献，凸显了潮间带在海岸带砷污染治理中的关键作用。
论文第一作者为我院硕士生夏雯丽，通讯作者为吴自军教授。该研究受国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目联合资助。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2026.135630