水、沙和各種化學(xué)物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化是湖泊生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)有效維持的重要保障。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和氣候環(huán)境的變化，原來處于穩(wěn)態(tài)的湖泊生態(tài)環(huán)境平衡受到破壞，人為污染物的輸入，更加速了湖泊環(huán)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(fù)雜的賦存形態(tài)、極高的生物有效性受到了廣泛的關(guān)注。

As及含As化合物被國際癌癥研究所及美國環(huán)保局等諸多權(quán)威機構(gòu)列為人類致癌物質(zhì)。據(jù)美國環(huán)境衛(wèi)生科學(xué)研究院統(tǒng)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(guān)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(xiàn)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(fā)生震驚世界的As污染事件。我國也是As污染較嚴重的地區(qū)，地下水均受到不同程度的As污染，其中以西北地區(qū)As污染程度最為嚴重，其地下水As質(zhì)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(qū)最具有代表性。20世紀80年代，山西省山陰縣、內(nèi)蒙古呼和浩特盆地以及新疆部分地區(qū)的地下水As質(zhì)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(tài)、各形態(tài)之間的轉(zhuǎn)化以及As生物有效性影響因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究領(lǐng)域的文獻資料，闡述的研究進展、優(yōu)劣勢以及野外應(yīng)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(tài)及環(huán)境行為

環(huán)境中的As基本以As(Ⅴ)和As(Ⅲ)形態(tài)存在，且其存在形態(tài)主要受pH值和Eh值影響。在氧化環(huán)境中主要以As(Ⅴ)形式存在，還原環(huán)境下以As(Ⅲ)存在，且環(huán)境中Eh值的降低導(dǎo)致As的環(huán)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(tài)系統(tǒng)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(fā)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(tài)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(tài)As，專性吸附態(tài)As，與非結(jié)晶和貧結(jié)晶水合Fe、Al氧化物結(jié)合態(tài)As，與晶體Fe、Al氧化物結(jié)合態(tài)As和殘渣態(tài)As，其相應(yīng)的生物有效性逐次降低。

2傳統(tǒng)采樣技術(shù)的優(yōu)劣及應(yīng)用現(xiàn)狀

連續(xù)和單一的化學(xué)提取法、間隙水離心以及高溫消解等方法廣泛應(yīng)用于湖泊As生物有效性的評價。現(xiàn)有的As生物有效性評價手段仍存在較大弊端。目前環(huán)境中As的分析檢測多采用傳統(tǒng)的異位采集技術(shù)，即現(xiàn)場采集樣品-運輸-低溫保存-實驗室分析。傳統(tǒng)方法對于沉積物有效態(tài)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(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)采樣方法不可避免地會導(dǎo)致樣品在采集、運輸、儲存期間發(fā)生某些物理、化學(xué)和生物方面的變化，使得所得數(shù)據(jù)不能真實反映樣品的實際存在狀態(tài)。

目前大多數(shù)的研究通常采用化學(xué)提取手段來測量沉積物中有效態(tài)的污染物濃度，如連續(xù)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(tài)和潛在有效態(tài)的濃度，但在提取過程中易發(fā)生再溶解、再分配、再吸收，而且物質(zhì)的化學(xué)形態(tài)也會發(fā)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(xué)異質(zhì)性信息。此外，研究表明，元素從沉積物到上覆水的動態(tài)釋放存在兩個主導(dǎo)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(tài)離子與孔隙水中有效態(tài)離子之間保持動態(tài)平衡，并且生化環(huán)境的微小改變都會引起元素有效態(tài)占總量比例的改變。這些因素的影響使得生物有效態(tài)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(tài)平衡，且基于As離子極易遷移、轉(zhuǎn)化的性質(zhì)，高精度的非破壞性原位測定技術(shù)為評價湖泊As生物有效性的首選。