低分子量有機酸對三峽庫區(qū)消落帶土壤汞活化及甲基化的影響.pdf

1、汞(Hg)作為常溫下唯一呈液態(tài)的有毒重金屬，易揮發(fā)且能通過大氣進行遠距離運輸，是一種持久性全球污染物，因此它在生態(tài)系統(tǒng)中的歸趨及環(huán)境化學行為成為環(huán)境領域的研究熱點問題之一。在水生生態(tài)系統(tǒng)中，汞不僅容易通過活化來增加其遷移性和生物可利用性，同時也能通過甲基化形成具有神經(jīng)毒性的甲基汞(MeHg)并在水生生物(如魚)體內(nèi)富集。新建水庫是典型的汞敏感生態(tài)區(qū)，具有“汞活化效應”。三峽水庫作為目前世界最大的新建水庫，汞的環(huán)境化學問題值得關注，其中一

2、個值得關注的焦點是，由于其具有特殊的調(diào)度方式，使其庫區(qū)周圍形成了具有周期性淹水與退水特點的巨大消落帶。在消落帶土壤進行干濕交替的同時，所生長的植物也呈現(xiàn)出生長-淹沒分解-再生長的更新循環(huán)，在這個過程中植被會因環(huán)境因子的脅迫而向周圍土壤分泌大量的有機物，當這些分泌物(包含大量的低分子量有機酸)達到一定濃度后勢必會影響土壤中汞的活化和甲基化。為此，本研究以三峽庫區(qū)消落帶為研究對象，在調(diào)查消落帶土壤(底泥)出露期植被類型、生物量及其汞含量的基

3、礎上，通過室內(nèi)模擬試驗，分析了根系分泌物的主要成分(三種低分子量有機酸，包括檸檬酸、草酸、酒石酸)在不同試驗條件下(有機酸濃度、培養(yǎng)時間)對庫區(qū)土壤汞活化的影響，并將一部分從三峽庫區(qū)采集的土壤進行滅菌處理，探討在有氧和無氧環(huán)境下原土和滅菌土中甲基汞的變化特征，分析影響土壤汞甲基化的因素。以期為三峽水庫消落帶植被中汞及甲基汞的遷移轉(zhuǎn)化研究提供科學依據(jù)，也為深入了解三峽水庫中Hg的生物地球化學循環(huán)和生態(tài)環(huán)境保護提供基礎數(shù)據(jù)。研究結果如下：<

4、br>　　1.低分子量有機酸對消落帶土壤中汞活化的影響
　　(1)低分子量有機酸能夠促進三峽庫區(qū)土壤汞的解吸，在低濃度有機酸下(檸檬酸為1mmol·L-1；草酸和酒石酸為1mmol·L-1和2mmol·L-1)浸提液中總汞(THg)和活性汞(RHg)含量都隨著浸提時間的增加而增加，其余較高濃度條件下兩者均是先增加后減少，且出現(xiàn)最高值的時間隨有機酸濃度的升高而減少。而溶解態(tài)汞(DHg)在浸提5min后已大致全部溶出，之后基本維持在1

5、5ng·L-1左右，其最大溶出量不受有機酸種類和濃度的影響。
　　(2)有機酸浸提土壤后絡合汞的量(A)與對應THg含量顯著正相關，其隨有機酸濃度及振蕩時間的變化趨勢與THg的一致。增加低分子量有機酸的濃度能夠促進土壤中汞的活化，且有機酸對土壤汞的最大絡合量隨著有機酸濃度的增加先上升而后趨于平穩(wěn)，其中檸檬酸、草酸以及酒石酸絡合汞的量開始接近或出現(xiàn)最大值的濃度分別為5mmol·L-1、6mmol·L-1、6mmol·L-1，最大汞絡

6、合量分別在62ng·L-1、58ng·L-1、52ng·L-1左右，各自占供試土壤總汞的2.73％、2.57%、2.31%，活化能力表現(xiàn)為檸檬酸＞草酸＞酒石酸。
　　(3)有機酸絡合土壤汞的量隨浸提時間的變化曲線可分為兩個階段，上升階段均能很好的用Elovich方程擬合，且上升速率基本隨有機酸濃度的增加而變快；下降階段均符合二級動力學的變化特征，但其反應速率常數(shù)的變化很小或基本保持不變。草酸和酒石酸組對土壤汞的吸附解吸具有類似的影

7、響效果，而與檸檬酸的作用則有所區(qū)別。
　　2.低分子量有機酸對消落帶土壤中汞甲基化的影響
　　(1)低分子量有機酸對三峽庫區(qū)消落帶土壤中無機汞向甲基汞的轉(zhuǎn)化過程有明顯促進作用，且其效果在一定培養(yǎng)時段內(nèi)隨著培養(yǎng)時間的延長而愈加顯著。適當提高有機酸濃度能在一定程度上促進土壤汞的甲基化，三種有機酸對土壤汞甲基化的促進能力具體表現(xiàn)為檸檬酸＞酒石酸≈草酸，而實驗中混合酸的效果與8mmol·L-1檸檬酸接近。
　　(2)培養(yǎng)條件(

8、氧氣和微生物)的改變能影響有機酸促進土壤汞甲基化的效果。有菌土中汞的甲基化反應在無氧環(huán)境下更為顯著，而有氧環(huán)境對于無菌土中無機汞轉(zhuǎn)化為甲基汞更為有利。在用有機酸培養(yǎng)的過程中，有菌土中MeHg含量的增加量與無菌土相比較大，微生物在消落帶土壤汞的甲基化反應中起主要作用。此外，土壤中出現(xiàn)最大MeHg含量的時間與有機酸濃度沒有顯著關系，而與有機酸種類、氧含量及土壤細菌含量有關。
　　(3)各個處理下的汞最大凈甲基化率(F)中最高值為2.7