低分子量有機(jī)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(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)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(xué)行為成為環(huán)境領(lǐng)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(yīng)”。三峽水庫作為目前世界最大的新建水庫，汞的環(huán)境化學(xué)問題值得關(guān)注，其中一

2、個值得關(guān)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(jìn)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(jī)物，當(dāng)這些分泌物(包含大量的低分子量有機(jī)酸)達(dá)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(chǔ)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(jī)酸，包括檸檬酸、草酸、酒石酸)在不同試驗條件下(有機(jī)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(jìn)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(xué)依據(jù)，也為深入了解三峽水庫中Hg的生物地球化學(xué)循環(huán)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。研究結(jié)果如下：<

4、br>　　1.低分子量有機(jī)酸對消落帶土壤中汞活化的影響
　　(1)低分子量有機(jī)酸能夠促進(jìn)三峽庫區(qū)土壤汞的解吸，在低濃度有機(jī)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(jī)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(jī)酸種類和濃度的影響。
　　(2)有機(jī)酸浸提土壤后絡(luò)合汞的量(A)與對應(yīng)THg含量顯著正相關(guān)，其隨有機(jī)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(jī)酸的濃度能夠促進(jìn)土壤中汞的活化，且有機(jī)酸對土壤汞的最大絡(luò)合量隨著有機(jī)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(luò)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(luò)

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(jī)酸絡(luò)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(jī)酸濃度的增加而變快；下降階段均符合二級動力學(xué)的變化特征，但其反應(yīng)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(jī)酸對消落帶土壤中汞甲基化的影響
　　(1)低分子量有機(jī)酸對三峽庫區(qū)消落帶土壤中無機(jī)汞向甲基汞的轉(zhuǎn)化過程有明顯促進(jìn)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(dāng)提高有機(jī)酸濃度能在一定程度上促進(jìn)土壤汞的甲基化，三種有機(jī)酸對土壤汞甲基化的促進(jìn)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(jī)酸促進(jìn)土壤汞甲基化的效果。有菌土中汞的甲基化反應(yīng)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(jī)汞轉(zhuǎn)化為甲基汞更為有利。在用有機(jī)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(yīng)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(jī)酸濃度沒有顯著關(guān)系，而與有機(jī)酸種類、氧含量及土壤細(xì)菌含量有關(guān)。
　　(3)各個處理下的汞最大凈甲基化率(F)中最高值為2.7