水、沙和各種化學物質的遷移轉化是湖泊生態系統良性循環有效維持的重要保障。隨著經濟的快速發展和氣候環境的變化，原來處于穩態的湖泊生態環境平衡受到破壞，人為污染物的輸入，更加速了湖泊環境的惡化，而重金屬污染問題是湖泊污染的重中之重。其中砷(As)污染物由于其復雜的賦存形態、極高的生物有效性受到了廣泛的關注。


As及含As化合物被國際癌癥研究所及美國環保局等諸多權威機構列為人類致癌物質。據美國環境衛生科學研究院統計，As污染至少已使1億人次面臨各種癌癥(如肺癌、皮膚癌和膀胱癌)以及其他相關疾病的威脅，全球約有1.4億人的飲用水受到As污染的嚴重威脅。近5年，湖泊As污染在范圍和程度上呈現快速增長趨勢，如尼泊爾南部Terai Belt沉積含水層、柬埔寨的湄公河盆地、越南的紅河三角洲等地屢次發生震驚世界的As污染事件。我國也是As污染較嚴重的地區，地下水均受到不同程度的As污染，其中以西北地區As污染程度最為嚴重，其地下水As質量濃度遠高于我國飲用水標準所限定的10μg/L上限值。在我國地方性As中毒事件中，也以西北地區最具有代表性。20世紀80年代，山西省山陰縣、內蒙古呼和浩特盆地以及新疆部分地區的地下水As質量濃度已分別達到1 530μg/L、1 500μg/L和1 200μg/L，遠超國家標準。


基于嚴峻的湖泊As污染狀況，本文在介紹As污染物在湖泊中的賦存形態、各形態之間的轉化以及As生物有效性影響因素的基礎上，結合國內外相關研究領域的文獻資料，闡述的研究進展、優劣勢以及野外應用的可行性，旨在為湖泊As的生物有效性評價提供參考。


1 As的賦存形態及環境行為


環境中的As基本以As(Ⅴ)和As(Ⅲ)形態存在，且其存在形態主要受pH值和Eh值影響。在氧化環境中主要以As(Ⅴ)形式存在，還原環境下以As(Ⅲ)存在，且環境中Eh值的降低導致As的環境毒性增強。酸性條件下主要以砷酸和亞砷酸形式存在，易被水生生態系統中的沉積物交換吸附；堿性條件下以砷酸鹽和亞砷酸鹽形式存在，易被解析到沉積物間隙水中，增加生物體的As吸收量。在沉積物中，As可與Fe、Al、Ca等發生吸附作用而共沉淀，形成難溶化合物，影響As的活性及對于生物的毒性。按照生物利用的難易程度，可將As分為水溶性As、吸附性As及難溶性As。難溶性As的形態分為鋁型、鐵型、鈣型和閉蓄型，其中Fe、Al水合氧化物較大的比表面積和強大的吸附性能使之對As的吸附固定有突出作用。Wenzel等將沉積物中As劃分為非專性吸附態As，專性吸附態As，與非結晶和貧結晶水合Fe、Al氧化物結合態As，與晶體Fe、Al氧化物結合態As和殘渣態As，其相應的生物有效性逐次降低。


2傳統采樣技術的優劣及應用現狀


連續和單一的化學提取法、間隙水離心以及高溫消解等方法廣泛應用于湖泊As生物有效性的評價?，F有的As生物有效性評價手段仍存在較大弊端。目前環境中As的分析檢測多采用傳統的異位采集技術，即現場采集樣品-運輸-低溫保存-實驗室分析。傳統方法對于沉積物有效態離子的獲得主要是通過分層離心或壓榨法，將采樣器采集的沉積物柱樣進行分層離心或壓榨，獲取間隙水，但這些方法會破壞沉積物原有結構。傳統采樣方法不可避免地會導致樣品在采集、運輸、儲存期間發生某些物理、化學和生物方面的變化，使得所得數據不能真實反映樣品的實際存在狀態。

目前大多數的研究通常采用化學提取手段來測量沉積物中有效態的污染物濃度，如連續提取法、單一提取法，這種基于平衡分配原理的方法雖然也可獲得污染物的有效態和潛在有效態的濃度，但在提取過程中易發生再溶解、再分配、再吸收，而且物質的化學形態也會發生變化，無法表述沉積物和孔隙水之間的交互作用，只能提供元素在厘米量級的濃度變化，無法準確獲得污染物的生物和化學異質性信息。此外，研究表明，元素從沉積物到上覆水的動態釋放存在兩個主導的基本過程：一個是孔隙水中的擴散，另一個是固相的補給。沉積物中有效態離子與孔隙水中有效態離子之間保持動態平衡，并且生化環境的微小改變都會引起元素有效態占總量比例的改變。這些因素的影響使得生物有效態測量要盡可能精確才能反映元素在沉積物和孔隙水之間的動態平衡，且基于As離子極易遷移、轉化的性質，高精度的非破壞性原位測定技術為評價湖泊As生物有效性的首選。