半干旱地区采矿河岸带中季节性稀土元素动态的水文-地球化学控制因素：对可持续修复的启示

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Hydrological–geochemical controls on seasonal rare earth element dynamics in semi-arid mining riparian zones: Implications for sustainable remediation

利用自然水热过程调控矿业影响半干旱河岸带稀土元素迁移规律研究。揭示季节性水热波动通过改变氧化还原电位与溶解有机物，主导稀土元素在表面水与地下水中的相态分配与运移机制，为开发低能耗污染修复策略提供理论支撑。

　　本研究聚焦于半干旱地区河岸带中稀土元素（REEs）的水文地球化学影响，旨在揭示自然过程如何被用于低能耗的污染治理。通过对四川马乃人民族稀土矿床覆盖区域的季节性调控机制进行深入分析，研究团队发现水文和热力波动对REEs的迁移和命运具有显著影响。这一发现为制定适应性强、低能耗的治理策略提供了科学依据，有助于应对日益加剧的极端气候条件下河岸带的污染问题。

在半干旱地区的河岸带，水文条件和温度变化构成了复杂的地球化学环境，这些环境的变化对REEs的迁移和转化起着关键作用。研究结果表明，在湿润季节，地表水（SW）中的REEs富集主要受到径流和降水输入的控制，而在干旱季节，浅层地下水（SGW）中REEs的积累则主要归因于水岩相互作用的延长以及高温和低水位条件下形成的特定化学条件。这种季节性的变化不仅影响了REEs的迁移路径，也对它们在水体中的分布形态产生了深远影响。

研究团队利用多元分析方法，进一步揭示了不同季节下REEs浓度的变化与多种地球化学因素之间的关系。在湿润季节，SW中的REEs浓度与吸附在铝、铁、锰胶体上的现象密切相关。而在SGW中，REEs的动态变化则受到温度、水位、铝、铁、锰、碳酸氢根（HCO??）、硫酸根（SO?2?）和硝酸根（NO??）等因子的显著影响。值得注意的是，在干旱季节，SGW中的REEs动态主要由温度和铝单独控制，这表明了不同季节下主导REEs迁移的机制存在差异。

此外，研究还发现地下水中的REEs在不同季节表现出明显的分配模式变化。在干旱条件下，颗粒态和胶体态的REEs占主导地位，而在湿润季节，溶解态的REEs则显著增加。这种变化反映了水文条件和地球化学过程之间的相互作用，为理解REEs在河岸带中的行为提供了新的视角。同时，这些发现也为开发基于自然过程的低能耗治理策略提供了理论支持，使得在面对极端气候条件时，能够更加有效地管理REEs污染。

本研究的意义在于，它不仅填补了半干旱地区REEs行为研究的空白，还为全球气候变化背景下河岸带污染治理提供了新的思路。在传统的研究中，许多关注点集中于有机质丰富的湿润系统，而忽视了半干旱地区独特的水文和地球化学条件。然而，半干旱地区的河岸带由于其特殊的气候特征，如强烈的蒸发作用、周期性的补给以及显著的温度和水位季节性变化，往往表现出更为复杂的REEs迁移行为。这些条件不仅促进了水岩相互作用，还引发了显著的氧化还原波动，从而影响了REEs的化学形态和迁移能力。

在半干旱地区的河岸带，水文条件的变化直接影响了地球化学响应。例如，水位的升高和降低会改变水体的流动速度，进而影响污染物的迁移路径和沉积物与水体之间的相互作用。同时，温度的变化也会通过其对溶解有机质（DOM）和氧化还原电位（ORP）的影响，调控REEs的释放和吸附行为。研究团队发现，温度升高会促进REEs的释放，主要通过还原溶解和配位络合等机制，而水位的增加则通过提高氧含量和碳酸盐缓冲能力，抑制了REEs的释放。

在湿润季节，由于水体的流动性增强，污染物更容易被输送到地下水系统，而干旱季节则由于水位下降和水岩相互作用的延长，导致REEs在地下水中的积累。这种季节性的变化不仅反映了水文条件的动态性，也揭示了REEs在不同环境下的行为差异。研究还指出，地下水与地表水之间的交换是REEs迁移的重要驱动力，而这种交换在极端气候条件下变得更加显著。因此，了解这些交换过程对于预测REEs在不同气候条件下的动态变化至关重要。

在治理策略方面，本研究强调了自然过程的重要性。传统的治理技术，如凝聚、离子交换或膜分离等，往往需要大量的能源和成本，难以在大规模污染治理中广泛应用。相比之下，利用自然过程进行治理则具有更高的可持续性和经济性。例如，通过调控水位和温度，可以有效地减少REEs的释放，同时促进其在沉积物中的吸附和固定。这些策略不仅适用于半干旱地区的河岸带，也可以推广到其他类似环境，为全球范围内的污染治理提供借鉴。

此外，研究还探讨了如何将这些过程性认识转化为实际的治理设计。通过分析水文和地球化学因素对REEs迁移的调控作用，研究团队提出了基于自然过程的治理概念，这些概念能够有效利用半干旱地区特有的环境条件，实现污染的低能耗控制。这种策略的核心在于利用自然过程的自我调节能力，而不是依赖外部干预，从而在减少治理成本的同时，提高治理效果。

在实际应用中，这些治理策略可以为矿产开采和工业活动导致的REEs污染提供有效的解决方案。尤其是在水资源稀缺的半干旱地区，传统的治理方法可能难以满足需求，而基于自然过程的治理策略则更具可行性。例如，通过优化水文条件，可以增强地下水与地表水之间的交换，从而促进污染物的去除和沉积物的稳定。同时，利用温度调控来影响氧化还原条件，也可以作为治理REEs污染的一种有效手段。

总的来说，本研究不仅深化了对半干旱地区REEs迁移机制的理解，还为制定适应性强、低能耗的治理策略提供了科学依据。通过揭示水文和地球化学条件对REEs行为的影响，研究团队为未来在类似环境中实施污染治理提供了重要的理论支持和实践指导。这些发现对于环境保护和可持续发展具有重要意义，尤其是在全球气候变化加剧的背景下，如何有效应对极端气候条件下的污染问题，已成为亟待解决的重要课题。