近20年来，我国湖泊富营养化形势严峻。氮、磷营养物质的过量输入是造成湖泊水体富营养化的重要因素。沉积物-水界面（sediment-water inferface，SWI）的含氧状态与内源氮、磷的迁移转化和释放速率之间存在很强的相关性。提高SWI的溶氧水平成为控制湖泊内源营养物质释放的重要途径。近年来，气态纳米技术的兴起为湖泊界面增氧理论与技术的研究开发提供了新的契机。
近期，陈敬安研究员课题组以天然白云母矿物为基底，负载氧纳米气泡，开发了一种专门针对SWI精准增氧的新型材料（Oxygen nano-bubble modified mineral，ONBMM）。研究发现：1）ONBMM可在毫米尺度有效提高SWI附近的溶氧水平，界面最高浓度达6.55 mg/L。2）ONBMM显著降低了上覆水中总磷（TP）、总氮（TN）和氨氮（NH3-N）的浓度，与对照相比，内源TP、NH3-N和TN输入通量分别降低了96.4%、51.1%和24.9%。3）高分辨率观测表明，ONBMM通过提高SWI的氧含量，有效地抑制了铁结合态磷（Fe-P）的还原溶解，是其抑制内源磷释放的主要机制。4）16S rDNA高通量测序结果表明，ONBMM增强了SWI处硝化细菌、反硝化细菌和氨氧化细菌的脱氮作用。综上，ONBMM技术为富营养化湖泊内源氮、磷污染的原位控制提供了新的手段，具有广阔应用前景。
图1 ONBMM的沉积物-水界面增氧和内源氮、磷污染原位控制效果
上述研究成果以“Oxygenation and synchronous control of nitrogen and phosphorus release at the sediment-water interface using oxygen nano-bubble modified material”为标题发表在环境科学领域国际重要期刊《Science of the Total Environment》上。全文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138258
本研究受到中国科学院战略先导专项B（No.XDB40020300）、国家自然科学联合基金（U1612441）、国家基金面上项目（41773145、41977296）和贵州省科技攻关计划（[2016]2802）等项目的资助。
（陈敬安课题组/供稿）