青藏高原部分湖泊具有较高的天然砷含量，砷在水体、悬浮颗粒物和沉积物之间的分配及其化学形态，直接影响其迁移能力与生态环境效应。然而，淡水湖与咸水湖中砷的赋存特征为何不同，湖泊分层后微生物如何参与砷的转化，仍有待深入认识。
围绕上述问题，天津大学地球系统科学学院李晓东课题组联合中国科学院地球化学研究所等单位，以青藏高原巴音河-可鲁克湖-托素湖流域为对象，结合多介质地球化学、砷形态及宏基因组分析，探讨水化学条件与微生物过程如何共同影响湖泊砷的环境归趋。研究发现，淡水湖可鲁克湖的溶解态砷浓度较低、悬浮颗粒物砷含量较高，咸水湖托素湖则相反；水稳定同位素与水化学证据表明，蒸发浓缩、碳酸氢根竞争吸附及pH升高共同促进砷在水中的富集与从颗粒物表面的释放。
图1 淡水湖与咸水湖中砷迁移及分配的概念模型
砷的分布差异不仅存在于两湖之间，也体现在同一湖泊的不同水层。托素湖底层缺氧水体中溶解态砷升高，而部分低氧水层仍以五价砷为主。结合宏基因组功能基因、微生物类群及地球化学证据，团队提出了沿水深变化的三类砷转化路径：表层富氧水体中，微生物解毒与砷氧化相衔接，有助于维持五价砷优势；中层低氧水体中，硝酸盐相关过程可能参与三价砷再氧化；底层缺氧水体中，硫酸盐还原相关过程可能进一步影响砷形态与迁移能力。在本研究观测到的托素湖分层条件下，氮、硫相关过程与砷转化的联系，比典型微生物铁还原途径的信号更为突出。
这些发现将湖泊间的砷分配差异与湖泊内部的微生物转化过程联系起来，拓展了对高原湖泊砷循环的认识，为评估水文、盐度及分层变化条件下砷的迁移转化风险提供了科学依据。相关成果先后发表于Nature Index期刊Environmental Research（ER）和Environmental Science & Technology（EST），其中EST论文入选当期补充封面（Supplementary Cover）。天津大学2020级博士生李冬丽（现为中国科学院地球化学研究所在站博士后）为两篇论文的第一作者。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划及西藏重点研发计划等项目资助。
图2 EST论文当期补充封面
论文信息：
Dongli Li, Haibo He, Mengdi Yang, Xuecheng Zhang, Tianhao Guan, Wenjing Dai, Yan Li, Hang Shao, Shiyuan Ding*, Xiaodong Li*. 2024. Arsenic distribution and partitioning in multiple media in a typical catchment in the Qinghai-Tibetan plateau: A comparison between freshwater and saltwater lakes. Environmental Research, 246, 118132. https://doi.org/10.1016/j.envres.2024.118132
Dongli Li, Shiyuan Ding*, Mengdi Yang, Xuecheng Zhang, Tianhao Guan, Wenjing Dai, Yan Li, Hang Shao, Haibo He*, Xiaodong Li. 2026. Depth-Resolved Metagenomics Reveals Nitrate- and Sulfate-Mediated Arsenic Transformation in Lake Tosen, a Stratified Saline Lake on the Tibetan Plateau. Environmental Science & Technology, 60(39): 28001–28012. https://doi.org/10.1021/acs.est.5c14935
