综述：湿地沉积物中铁结合磷的最新研究进展：特征、影响因素、与有机物的相互作用以及新兴污染物的影响

《Environmental Pollution》：Recent advances on iron bound phosphorus in wetland sediments: characteristics, influencing factors, interactions with organic matter and emerging contaminants

湿地沉积物中铁结合磷（Fe-P）的释放机制、环境影响因素及其与有机质、新兴污染物的交互作用研究。

　　磷元素在湿地生态系统中扮演着至关重要的角色，它不仅是维持生物生产力的基础营养元素，也是导致湿地富营养化的主要驱动因素之一。湿地生态系统中的磷主要来源于自然过程和人类活动，而磷在沉积物中的存在形式、迁移与转化过程则直接影响着其生物可利用性以及对环境安全的影响。在这些磷形式中，铁结合磷（Fe-P）因其在沉积物中的高丰度和强反应性，成为研究的重点。Fe-P主要吸附于铁（氢氧化物）表面，其在湿地沉积物中的分布与转化过程受到多种因素的调控，包括物理化学条件和生物活动。本文旨在系统梳理Fe-P在湿地沉积物中的研究进展，探讨其对湿地富营养化的影响机制，并展望未来研究方向。

在湿地生态系统中，磷的富营养化问题对人类健康和生态环境构成了重大挑战。磷作为生物体必需的营养元素，不仅在控制初级生产力方面发挥关键作用，同时也是湿地富营养化现象的核心因素之一。当环境中磷的含量超过生态系统的承载能力时，往往会引发藻类大量繁殖，导致水体富营养化，对饮用水安全和水生生态系统的可持续性构成严重威胁。因此，研究湿地沉积物中磷的来源、迁移、转化过程，特别是Fe-P的动态变化，具有重要的现实意义。

湿地沉积物与上覆水体之间的磷交换是生态系统中磷循环的重要环节。研究表明，湿地沉积物中的磷含量通常是上覆水体的100倍以上，这使得沉积物成为磷的重要储存库和释放源。沉积物中的磷循环过程受到多种元素的影响，如钙、铝和铁。其中，铁在磷的固定与释放过程中起到了关键作用。在外部磷输入得到有效控制的情况下，沉积物中Fe-P的还原与释放成为内源磷的主要来源。近年来，随着研究的深入，科学家们发现，温度和溶解氧的变化对Fe-P的迁移与释放具有显著影响。例如，夏季高温和低溶解氧的环境条件有助于Fe-P的还原，从而促进其释放到上覆水体中。而冬季的低温和高溶解氧环境则可能抑制Fe-P的释放，使其在沉积物中保持较高的稳定性。

为了更好地研究Fe-P的动态变化，科学家们开发了多种提取、检测和定量技术。这些技术的应用不仅有助于深入了解Fe-P的迁移机制，也为评估湿地富营养化提供了科学依据。其中，Diffusive Gradients in Thin-films（DGT）技术作为一种新兴的环境样品分析工具，因其能够在原位进行被动采样，并对低浓度化合物进行预富集而受到广泛关注。通过定期使用DGT技术进行监测，研究人员发现，夏季的缺氧条件使得Fe-P的浓度显著高于冬季的有氧条件，这表明Fe-P的还原过程在湿地磷释放中具有重要作用。此外，一些研究还指出，沉积物中的Fe/P比值可以作为磷释放能力的指示参数。Fe/P比值越高，铁氧化物的比表面积越大，能够更有效地固定溶解性活性磷（DRP），从而防止其释放到上覆水体中。

Fe-P的迁移与转化过程受到多种因素的共同影响，包括物理化学条件和生物因素。物理化学条件如温度、pH、溶解氧（DO）、氧化还原电位（ORP）等对Fe-P的稳定性具有重要影响。例如，温度升高可以降低水体中的溶解氧和氧化还原电位，促进缺氧环境的形成，从而增强Fe-P的释放。而水体扰动则可能增加沉积物表面的溶解氧，促进Fe(II)的氧化，提高Fe-P的吸附能力，从而减少磷的释放。此外，微生物活动在Fe-P的迁移与转化过程中也起到了重要作用。某些微生物，如电缆菌、异化铁还原菌和硝酸盐还原菌，通过影响铁的氧化还原过程，参与Fe-P的固定与释放。这些微生物的存在和活动不仅改变了沉积物中的铁化学形态，还对磷的生物可利用性产生了深远影响。

在湿地生态系统中，Fe-P的迁移与转化过程还与有机质（OM）和新兴污染物之间存在复杂的相互作用。有机质，如藻类衍生有机质（COM）和腐殖酸，不仅影响Fe-P的吸附与释放，还可能改变沉积物中的氧化还原条件，从而影响磷的迁移路径。例如，藻类的光合作用和其有机质的分解过程可以改变水体的pH和溶解氧水平，进而影响Fe-P的稳定性。此外，新兴污染物如微塑料（MPs）和抗生素等也对Fe-P的迁移与转化过程产生了重要影响。微塑料可以通过多种途径进入水体，如大气沉降、污水排放和地表径流等，最终沉积在湿地沉积物中。这些微塑料不仅改变了沉积物的物理化学性质，还可能影响Fe-P的吸附与释放过程。而抗生素作为广泛存在于自然环境中的污染物，可以改变沉积物中的微生物群落结构，从而影响磷的转化路径。因此，研究Fe-P与有机质及新兴污染物之间的相互作用，有助于更全面地理解湿地生态系统中磷循环的复杂性。

近年来，随着对湿地生态系统中磷循环研究的不断深入，Fe-P的相关研究也呈现出逐年增长的趋势。然而，Fe-P的研究增长速度相对较慢，相较于其他磷形式的研究仍存在一定的差距。为了进一步分析Fe-P的研究现状，本文从Web of Science核心数据库中检索了以“Sediment, Phosphorus”和“Sediment, Iron-bound-phosphorus”为关键词的文献，时间跨度为2004年至2023年，共获得13,941篇和1,001篇相关文献。经过筛选，最终获取了873篇研究和综述论文用于分析。通过使用CiteSpace软件进行关键词共现分析和聚类分析，发现当前Fe-P研究的热点主要集中在其存在形式、吸附-释放机制、提取方法以及与有机质的相互作用等方面。研究覆盖了湖泊、河流和海洋等多种水体类型，但特别关注富营养化湖泊，这可能与人类活动对湿地生态系统的影响更为直接有关。

在湿地生态系统中，Fe-P不仅是磷循环的重要组成部分，还对水体质量和富营养化状态具有重要影响。因此，深入研究Fe-P的迁移与转化机制，有助于更好地评估湿地生态系统中磷的来源和去向，从而为湿地富营养化的治理和管理提供科学依据。此外，Fe-P的稳定性与生物可利用性不仅受到物理化学条件的影响，还与生物因素密切相关。例如，湿地中的植物和底栖动物可以通过改变沉积物的氧化还原状态和物理化学条件，间接影响Fe-P的迁移与释放过程。因此，研究Fe-P与生物因素之间的相互作用，对于理解湿地生态系统中磷循环的动态变化具有重要意义。

在实际应用中，Fe-P的研究不仅限于实验室分析，还广泛应用于环境监测和生态治理。例如，通过监测Fe-P的浓度变化，可以评估湿地生态系统中磷的释放风险，并为制定相应的管理措施提供科学支持。此外，Fe-P的研究还涉及到对沉积物中其他元素的相互作用分析，如铁与钙、铝等元素之间的协同作用，以及Fe-P与有机质之间的相互影响。这些研究不仅有助于更全面地理解湿地生态系统中磷的循环过程，也为评估生态系统的健康状况提供了新的视角。

随着对湿地生态系统中磷循环研究的不断深入，Fe-P的研究也逐渐从单一的物理化学分析向多学科交叉研究方向发展。例如，Fe-P的研究不仅涉及环境科学和地球化学，还与微生物学、生态学和材料科学等领域密切相关。这种跨学科的研究方法有助于更全面地理解Fe-P在湿地生态系统中的作用机制，并为相关领域的研究提供新的思路。此外，Fe-P的研究还涉及到对新兴污染物的影响分析，如微塑料和抗生素等。这些污染物不仅改变了沉积物的物理化学性质，还可能通过改变微生物群落结构，影响Fe-P的吸附与释放过程。因此，研究Fe-P与新兴污染物之间的相互作用，对于评估湿地生态系统中的生态风险具有重要意义。

在未来的研究中，Fe-P的研究方向将更加注重其与有机质及新兴污染物之间的相互作用机制。例如，研究Fe-P与藻类衍生有机质之间的相互作用，可以揭示湿地生态系统中磷循环的复杂性，并为评估水体富营养化提供新的依据。此外，研究Fe-P与微塑料之间的相互作用，可以进一步了解微塑料对湿地生态系统的影响机制，并为制定相应的治理措施提供科学支持。同时，Fe-P的研究还将更加关注其在不同环境条件下的动态变化，如温度、pH、溶解氧和氧化还原电位等。这些环境条件的变化不仅影响Fe-P的稳定性，还可能改变其生物可利用性，从而影响湿地生态系统中的磷循环过程。

总之，Fe-P在湿地生态系统中的研究不仅具有重要的科学价值，还对实际应用具有重要意义。通过深入研究Fe-P的迁移与转化机制，可以更好地理解湿地生态系统中磷的来源和去向，从而为湿地富营养化的治理和管理提供科学依据。此外，Fe-P的研究还将进一步拓展到与有机质和新兴污染物之间的相互作用分析，这将有助于更全面地评估湿地生态系统中的生态风险，并为相关领域的研究提供新的思路。未来，随着研究的不断深入，Fe-P的研究将更加注重其在湿地生态系统中的动态变化及其与其他物质之间的相互作用，这将为湿地生态系统的可持续发展提供更加坚实的科学基础。