编辑推荐：
现有沉积物质量评估依赖平衡分配理论（EqP），但忽视水动力对低渗透沉积物污染物迁移的影响。本研究通过模拟 0.02-0.28 Pa 剪切应力的水动力微宇宙，发现不同金属响应差异，开发整合剪切应力的风险评估框架，为完善评估体系提供依据。
在动态的水生环境中，沉积物犹如一个 “藏污纳垢” 的巨大容器，默默储存着来自人类活动的各种污染物。传统的沉积物质量评估大多依赖平衡分配理论（EqP），该理论就像一位 “安静的观察者”，假设污染物在孔隙水中处于静态平衡状态，认为孔隙水中的污染物浓度是水生生物接触污染物的主要途径。然而，现实中的自然环境并非一潭死水，河流的奔腾、湖泊的波动等水动力作用时刻都在发生。在低渗透沉积物（渗透率 < 10-12 m2）中，过去人们普遍认为溶质运移主要由扩散主导，水动力的影响往往被忽视。但越来越多的迹象表明，水动力这一 “隐形的推手” 可能在污染物的迁移转化中扮演着重要角色，而 EqP 理论由于忽略了水动力对溶质交换和污染物迁移的影响，在动态环境中可能无法准确评估沉积物的污染风险。例如，在河口、河流和浅湖等动态水生系统中，水动力条件复杂多变，传统评估方法的局限性日益凸显。因此，深入探究水动力作用下低渗透沉积物中污染物的行为规律，对于完善沉积物风险评估体系、提升环境管理的科学性至关重要。
为了填补这一知识空白，来自中国的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Environmental Pollution》上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：采集中国深圳珠江口东宝河潮间带表层（<10 cm）的细粒污染沉积物作为样本，该区域已知受到铜（Cu）、锌（Zn）、镍（Ni）、铅（Pb）和镉（Cd）等微量金属的中高程度污染；利用水动力微宇宙装置模拟 0.02 至 0.28 Pa 的剪切应力条件，以此来研究不同水动力强度对孔隙水金属浓度的影响；实验持续 32 天，期间对孔隙水中的金属浓度进行监测；同时，开发了一个定量框架，将特定地点的剪切应力整合到风险评估中，并运用蒙特卡洛模拟来估计金属浓度的不确定性范围。
不同剪切应力对孔隙水金属浓度的影响
通过模拟不同的剪切应力条件，研究发现金属表现出特异性响应。对于氧化还原敏感的铁（Fe）和锰（Mn），随着剪切应力的增加，其孔隙水浓度降低。这是因为剪切应力的增强促进了氧气的渗透，进而加速了金属硫化物的氧化，使得原本以还原态存在并可能释放到孔隙水中的 Fe 和 Mn 更多地以氧化态形式沉淀或被吸附，从而降低了其在孔隙水中的浓度。
与之相反，Ni、Cu 和 Cd 的浓度随着剪切应力的升高而增加，但最终受到溶解度限制。这可能是由于水动力扰动增强了沉积物与上覆水之间的溶质交换，促使沉积物中结合态的这些金属释放到孔隙水中，但当浓度达到其在该环境条件下的溶解度上限时，便不再继续增加。
Zn 和 Pb 的浓度则相对稳定，这很可能是由于它们在释放到孔隙水后迅速被沉积物中的颗粒物质（如铁锰氧化物、有机质等） scavenging（ scavenging 在此指污染物被颗粒物质吸附、沉淀等过程从溶液中去除），从而限制了它们的再迁移。
整合水动力条件的风险评估框架
为了应对水动力变化带来的不确定性，研究人员开发了一个将特定地点剪切应力纳入的定量风险评估框架。蒙特卡洛模拟结果显示，金属浓度的不确定性范围存在差异。其中，Cu 的四分位距范围为 2.4 至 5.4 倍，表明水动力对 Cu 的风险评估有中等程度的影响；Ni 的四分位距范围为 1.9 至 2.9 倍，Cd 为 1.1 至 2.3 倍，而 Zn 和 Pb 受水动力的影响相对较低。这一结果提示，在进行沉积物风险评估时，对于不同金属需要考虑水动力作用的差异，不能一概而论。
这项研究揭示了水动力扰动对低渗透沉积物中孔隙水金属动态的显著影响，不同金属由于其地球化学性质的差异，对水动力的响应各不相同。研究结果表明，传统的 EqP 理论在动态环境中可能存在局限性，整合水动力条件的风险评估框架能够更全面地反映污染物的实际迁移转化过程，为沉积物污染的风险评估和环境管理提供了更科学的依据。在实际应用中，该研究成果有助于环境管理者更准确地判断沉积物中污染物的潜在风险，制定更具针对性的污染防控和治理策略，从而更好地保护水生生态系统和公众健康。同时，研究也为进一步深入研究动态水生环境中污染物的行为提供了新的思路和方法。
