《Environmental Pollution》：Phosphorus-associated arsenic bioaccumulation, internal partitioning, and interfacial redistribution in a
Vallisneria natans–sediment–water system
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•磷（P）缓解了V. natans中由砷（As）引起的生长抑制和氧化应激。•磷改变了组织特异性的砷浓度和细胞内的砷分布。•磷的施加增加了孔隙水中的砷含量，但降低了根/根茎及上层水中的砷含量。•多室实验揭示了系统层面的砷再分布现象。引言砷（As）是浅水体生态系统中的高风险类金属污染
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磷（P）缓解了V. natans中由砷（As）引起的生长抑制和氧化应激。
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磷改变了组织特异性的砷浓度和细胞内的砷分布。
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磷的施加增加了孔隙水中的砷含量，但降低了根/根茎及上层水中的砷含量。
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多室实验揭示了系统层面的砷再分布现象。
引言
砷（As）是浅水体生态系统中的高风险类金属污染物。它可以在水体、沉积物和水生生物之间长期迁移和转化（Zhang等人，2024a）。采矿、冶炼废水、尾矿渗滤以及农业非点源输入都会将砷引入水生系统。当pH值、氧化还原电位（Eh）、溶解氧或营养条件发生变化时，砷可能会在沉积物中积累，并再次释放到孔隙水或上层水中（Zeng等人，2026；Liu等人，2026；Li等人，2024a）。因此，沉积物既是一个重要的砷汇也是一个潜在的二次污染源（Chen等人，2025a；Feng等人，2025）。磷（P）是影响砷环境行为的关键营养因素（Khan等人，2025）。磷酸盐和砷酸盐具有相似的化学结构，它们可以竞争矿物吸附位点和植物吸收途径（Gupta等人，2024）。适量的磷供应可能通过竞争性吸收改善植物的营养状况并减少砷酸盐的吸收（He等人，2025a；Linam等人，2024）。过量的磷输入还可能取代沉积物中Fe/Al氧化物上的砷，促进固态砷释放到孔隙水或上层水中（Wang等人，2025）。这些过程共同表明，磷可以同时促进沉积物中砷的迁移并改变植物-根际系统的砷分布（Li等人，2023）。
沉水植物在修复受砷污染的浅水环境过程中具有独特的调节作用（Liang等人，2024）。它们的叶片直接暴露在水中，而根系则伸入沉积物中。这种生长模式使沉水植物能够同时影响水中的污染物吸收、根际pH/Eh条件以及沉积物中砷成分的转化（Yan等人，2024）。Vallisneria natans是一种常见的优势沉水植物，具有很强的适应性、相对较高的生物量以及发达的根系，已被用于营养去除和重金属修复的研究（Kong等人，2024；Hu等人，2025）。植物对砷的吸收及其生态意义取决于砷在植物组织和细胞内的分布。叶片、细胞器或相对不稳定的化学成分中的砷富集可能会影响植物衰老和凋落物分解过程中的砷释放，以及其在水生食物网中的潜在转移（Drahota等人，2025；Karle等人，2024）。因此，评估沉水植物的修复效果应综合考虑总砷积累、组织特异性分布、亚细胞分布和化学萃取性（Formentini等人，2024）。这种综合视角将植物对砷的保留与水柱暴露、沉积物稳定性和次生生态效应联系起来。
先前的研究探讨了磷-砷相互作用的不同方面，包括磷酸盐相关砷从固态相的迁移、植物吸收过程中磷酸盐和砷酸盐之间的竞争，以及根际环境中砷的保留或转化（Sun等人，2017；Chen等人，2025b；Xu等人，2025）。在沉水植物系统中，这些环境和生物反应密切相关，因为磷的输入可能与沉积物和孔隙水中砷的变化、根际条件、植物砷积累、生理状态及细胞内砷分布有关。尽管这些反应通常被分别评估，但磷相关砷在沉积物孔隙水中的迁移是否伴随着植物积累或上层水中砷的相应变化，以及这些界面反应如何与植物生理状态和内部砷分布相关联，目前尚未充分阐明（Sandhu等人，2025；He等人，2026；Li等人，2025）。
因此，本研究旨在确定磷的输入如何影响Vallisneria natans-沉积物-水系统中的植物生理、细胞内及沉积物-水界面层面的砷行为。为实现这一目标，本研究结合了水培实验和分室化的沉积物-植物-水实验，以评估：（i）植物生长和氧化反应；（ii）组织特异性砷浓度、表观富集和内部砷分布；（iii）与根际pH/Eh动态相关的沉积物、孔隙水、根/根茎及上层水中砷的再分布。研究提出了三个问题：（1）磷的输入是否能够缓解V. natans中由砷引起的生长抑制和氧化应激；（2）磷如何影响组织特异性砷浓度、表观富集、亚细胞分布和操作定义的化学成分；（3）名义上的沉积物磷负荷如何影响沉积物、孔隙水、植物及上层水之间的界面砷再分布。通过整合这些互补的响应领域，进一步探讨了沉积物孔隙水中砷的增加是否伴随着根/根茎中砷的积累及上层水中砷的相应变化。
章节片段
植物材料、沉积物采集及污染系统的构建
实验植物为Vallisneria natans。选取来自湖南科技大学生物池塘的植株，选择生长状况相似的样本，初始长度约为40厘米，根/根茎直径大于1厘米。预培养前去除表面附着物和衰老组织。将植株在半浓度的Hoagland营养液中预培养15天。
预培养在室内温室进行。
磷缓解了V. natans中的砷诱导生长抑制和氧化损伤
图中显示，砷暴露会抑制V. natans的高度生长，而外源磷部分缓解了这种抑制作用。暴露15天后，仅含砷的处理组植物高度比对照组减少了16.63%；而含AsP3的处理组植物高度比仅含砷的处理组增加了30.13%。生物量的恢复情况也类似（见图3a、b、e、f、i和j）。仅含砷的处理组总生物量减少了32.84%，而含AsP3的处理组则有所增加。
磷对砷分布的影响取决于时间和界面条件
水培实验结果表明，暴露时间和组织类型是影响磷相关砷富集的关键因素。暴露6天后，所有含磷处理组的叶片和根/根茎中的砷浓度均有所增加；而暴露15天后，所有含磷处理组的叶片砷浓度均相对于仅含砷的处理组有所下降。根/根茎中的砷则表现出明显且非单调的反应。类似的时变和物种依赖性反应也已在植物中对磷-砷相互作用的研究中被报道（Liu等人，2024；Shukla等人，2026）
结论
磷以暴露时间、界面条件和分室效应依赖的方式重塑了砷的行为。在水培条件下，0.4–0.8 mg·L-1的磷剂量缓解了V. natans中由砷引起的生长抑制和氧化损伤。其中，0.8 mg·L-1的磷剂量在植物高度和生物量恢复方面效果最显著；而0.4 mg·L-1的磷剂量则在SPAD（叶绿素还原酶活性）维持和SOD（超氧化物歧化酶）活性方面表现最强。磷还改变了组织特异性和细胞内的砷分布。
CRediT作者贡献声明
Bixin Liang：撰写 – 审稿与编辑。Ke Zhang：可视化制作。Kaixin Liu：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、数据分析。Guoliang Chen：撰写 – 审稿与编辑、项目监督、资金获取、概念设计。Danning Xu：方法学设计
Srivastava和D’Souza，2009年。
数据提供利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
致谢
本项工作得到了湖南省教育厅科学研究基金（编号：24A0346）的支持。
Kaixin Liu|Guoliang Chen|Bixin Liang|Ke Zhang|Danning Xu
