氧化还原电位对河口环境中金属絮凝与迁移行为的影响机制研究

本研究针对河口区域金属污染自净能力的关键调控因素，首次系统探究了氧化还原电位(ORP)变化对Mn、Pb、Ni、Cu、Zn五种金属絮凝行为及沉积物迁移性的影响。通过模拟Polrud河口-Caspian海交界区的盐度梯度(0.5–2.1?PSU)，发现ORP升高使Pb、Mn、Ni絮凝率提升8.8–21.6%，而Zn、Cu受盐度调控絮凝率下降2.4–4.1%。研究揭示了ORP与pH协同驱动金属迁移序列(Mn>Ni>Zn>Pb>Cu)，为河口重金属污染治理提供了理论依据。

　　

河口作为陆海交汇的生态枢纽，承担着碳储存、营养循环等重要功能，却也是重金属污染的"聚集地"。随着工业发展，铅(Pb)、锌(Zn)等有毒金属在河口沉积物中不断累积，通过食物链威胁海洋生物和人类健康。尽管学界已认识到絮凝过程对金属沉降的关键作用，但氧化还原电位(ORP)这一调控金属形态与迁移的核心参数，其在河口环境中的具体影响机制仍属空白。

针对这一科学盲区，德黑兰大学环境研究生院的研究团队选择里海Polrud河口为研究对象，创新性地通过曝气泵调控ORP水平，系统研究了Mn、Pb、Ni、Cu、Zn五种金属在盐度0.5–2.1?PSU梯度下的絮凝动力学。研究发现，常规条件下金属絮凝效率呈现Zn(51.3%)>Cu(38.2%)>Ni(26.5%)>Mn(6.1%)>Pb(2.5%)的显著差异；而当ORP升高时，Pb、Mn、Ni的絮凝率分别提升21.6%、11.3%和8.8%，Zn与Cu却因盐度主导作用呈现4.1%和2.4%的下降。更值得注意的是，沉积物中金属迁移性强烈依赖ORP-pH耦合作用，其活性序列为Mn>Ni>Zn>Pb>Cu。这项发表于《Regional Studies in Marine Science》的成果，首次揭示了ORP通过改变金属价态与胶体稳定性来调控絮凝效率的分子机制，为河口重金属污染修复提供了精准干预靶点。

关键技术方法包括：1) 现场采集Polrud河口不同盐度梯度(0.5–2.1?PSU)水样与沉积物；2) 实验室模拟装置中通过曝气泵动态调控ORP水平；3) 电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)定量金属浓度；4) 絮凝率计算模型；5) 沉积物金属形态连续提取法。

【研究结果】
• 研究区域与采样：Polrud河源自阿尔卑斯山脉，流域面积1765?km²
，河床以砂砾质为主，地质构造主要为火成岩与白垩纪石灰岩，为典型的重金属迁移研究提供了理想的地球化学界面。

• 河口混合过程中的金属絮凝：盐度跃变引发的静电作用使Zn表现出最高絮凝效率(51.3%)，而Pb因强溶解性仅2.5%。ORP升高通过改变金属氧化态显著提升Pb/Mn/Ni的絮凝率，证明氧化环境更利于这些金属的胶体聚集。

• 结论：研究建立了ORP-盐度-pH三维调控模型，发现Mn的迁移性对ORP变化最敏感，而Cu的沉降主要受盐度控制。这解释了为何河口氧化区常出现Mn沉积而Cu向海洋扩散的生态现象。

• 作者贡献与声明：第一作者Seyed Mohamadjavad Taghavi负责实验设计与数据分析，通讯作者Touraj Nasrabadi指导理论建模。研究未获资助，无利益冲突声明。

这项研究的突破性在于将传统絮凝研究拓展至动态氧化还原环境，证实通过ORP调控可定向增强特定金属(如Pb/Mn)的沉降效率。对于里海这类半封闭水体，该成果可直接应用于重金属污染热点区的原位修复——例如在河口部署缓释氧化剂来促进有毒金属絮凝沉降。同时，建立的金属迁移序列模型为预测气候变化下河口金属归趋提供了量化工具，对维护渔业资源与生态系统健康具有重要实践价值。