Arsenic biogeochemical cycling association with basin-scale dynamics of microbial functionality and organic matter molecular composition

生物地球化学循环 地下水 生物地球化学 环境化学 溶解有机碳 有机质 含水层 硫酸盐 化学 溶解 环境科学 地质学 岩土工程 有机化学 物理化学
作者
Xianjun Xie,Yanhui Lu,Shige Sun,Kunfu Pi,Jianbo Shi,Yanxin Wang
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:251: 121117-121117 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.watres.2024.121117
摘要

Geogenic arsenic (As)-contaminated groundwater is a sustaining global health concern that is tightly constrained by multiple interrelated biogeochemical processes. However, a complete spectrum of the biogeochemical network of high-As groundwater remains to be established, concurrently neglecting systematic zonation of groundwater biogeochemistry on the regional scale. We uncovered the geomicrobial interaction network governing As biogeochemical pathways by merging in-field hydrogeochemical monitoring, metagenomic analyses, and ultrahigh resolution mass spectrometry (FT-ICR MS) characterization of dissolved organic matter. In oxidizing to weakly reducing environments, the nitrate-reduction and sulfate-reduction encoding genes (narGHI, sat) inhibited the dissolution of As-bearing iron minerals, leading to lower As levels in groundwater. In settings from weakly to moderately reducing, high abundances of sulfate-reduction and iron-transport encoding genes boosted iron mineral dissolution and consequent As release. As it evolved to strongly reducing stage, elevated abundance of methane cycle-related genes (fae, fwd, fmd) further enhanced As mobilization in part by triggering the formation of gaseous methylarsenic. During redox cycling of N, S, Fe, C and As in groundwater, As migration to groundwater and immobilization in mineral particles are geochemically constrained by basin-scale dynamics of microbial functionality and DOM molecular composition. The study constructs a theoretical model to summarize new perspectives on the biogeochemical network of As cycling.
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