黄海-西北太平洋表层海水Hg的形态研究

于2015年3月29日至5月6日乘东方红2号从青岛前往西北太平洋,采用现场测定与室内分析结合的方法分析了黄海到西北太平海域表层海水中Hg形态及分布特征,以认识黄海到西北太平洋海水Hg的含量及区域Hg的迁移。黄海-西北太平洋表层海水中总汞（THg,total mercury）变化范围为0.11~2.50 ng/L,平均为0.75±0.51 ng/L,THg的含量呈近海高大洋低;表层海水中活性汞（RHg,reactive mercury）范围为0.10~1.45 ng/L,平均为0.33±0.24 ng/L,RHg/THg平均为48.4%,海水中RHg与水温呈显著性正相关（r=0.494*,P=0.045）;表层海水中溶解性气态汞（DGM,dissolved gaseous mercury）的含量为11.7~105.7 pg/L,平均浓度39.6±22.9 pg/L。海水中DGM与气温呈显著正相关（r=0.633*,P=0.011）,与风速呈显著负相关关系（r=-0.660**,P=0.006）。从黄海到西北太平洋DGM含量逐渐升高,其日变化呈现白天高夜晚低的趋势,主要受光照的影响。     

太湖不同营养水平湖区汞的形态和分布特征

为研究富营养化对太湖汞形态分布特征的影响,于2011年水华暴发期,在太湖不同营养水平湖区(竺山湾、贡湖湾及南太湖)采集水样,测定了水体中THg(总汞)、DHg(溶解态总汞)、RHg(活性汞)、TMeHg(总甲基汞)、DMeHg(溶解态甲基汞)的质量浓度及其分布特征. 结果表明,太湖不同营养水平湖区水体中ρ(THg)和ρ(DHg)无显著差异,ρ(THg)为4.67~12.15 ng/L,ρ(DHg)为2.27~10.36 ng/L. 太湖水体中ρ(RHg)平均值为0.79 ng/L,藻类的生长对水体中ρ(RHg)的分布有显著影响,水体营养水平越高,ρ(RHg)越低. 水体中ρ(TMeHg)和ρ(DMeHg)分别为0.10~0.27和0.09~0.23 ng/L,藻类的吸附及水体中较高的E_h(氧化还原电位)和pH抑制了汞的甲基化,但在富营养化较严重的竺山湾,受藻类生长及水华的影响,水体中ρ(TMeHg)(0.22 ng/L)仍相对较高.      

夏秋季长江口邻近海域水体中颗粒态汞及溶解态汞的研究

分别于2018年7月和10月随“科学三号”科学考察船对长江口邻近海域水体中颗粒态汞（PHg, particulate mercury）和溶解态汞（DHg, dissolved mercury）的时空分布及影响因素进行了研究。结果显示:两种形态Hg在不同站点表层海水中的浓度变化范围较大,且在不同季节间的差异明显,其中表层PHg在夏季呈现近岸高远海低的分布特点,而在秋季没有这种规律。该海域DHg占主体,不同水层DHg普遍表现为秋季高于夏季,且表层大于底层,表、底层的分配系数均从近岸到远海方向增加。表、底层PHg与总悬浮物（TSM, total suspended matter）呈显著正相关,PHg/TSM随盐度增加呈指数增加（R2=0.3365, p <0.01）。秋季冲淡水减少和较多大风天气是影响表层PHg时空分布变化的主要原因,颗粒物粒径变小和海源性有机颗粒物增加决定了DHg的分布特征,而在30° N处出现普遍较高浓度的DHg则反映了河流输送和周边污染排放的影响。     

三峡水库支流汝溪河河口水体汞的时空变化特征

为探究三峡水库水位调度过程中支流河口汞的变化特征,选取三峡库区腹心地带的典型支流汝溪河河口为研究区域,设置4个断面,分别于蓄水期(9～10月)、淹没期(11～12月)、退水期(2～3月)及落干期(5～6月)这4个时期分层采集水样,分析了水样中的总汞(THg)、颗粒态汞(PHg)、溶解态汞(DHg)、活性汞(RHg)、总甲基汞(TMeHg)及溶解态甲基汞(DMeHg).结果表明,汝溪河口区域THg和TMeHg的质量浓度与中国其它水库或天然水体相接近.不同深度水体中DHg和TMeHg的质量浓度存在显著性差别,其原因是水体中的DHg和TMeHg可能来源于沉积物的再悬浮.对比同时期不同断面各形态汞质量浓度的差别,发现蓄水期长江干流来水方向的不同将导致河口区域THg和PHg的质量浓度分布不均;退水期河口水体中的颗粒物会吸附并携带大量的PHg,导致水体中THg的质量浓度明显高于其它时期.水位较为稳定的淹没期和落干期TMeHg的质量浓度明显高于其它两个时期,表明稳定的水位可能更有利于水体中甲基汞的积累,而水体的剧烈扰动会明显降低水体中TMeHg的质量浓度.     

红枫湖水体中活性汞和溶解气态汞的分布特征及其控制因素

基于二次金汞齐结合冷原子荧光测定法对红枫湖活性汞(RHg)和溶解气态汞(DGM)的时空分布特征及其控制因素进行了研究. 红枫湖溶解气态汞含量(ρ(DGM))为0.024～0.110 ng/L,随着水深的增加ρ(DGM)降低,且夏季高,冬季低,这种分布特征表明光在原子态汞的形成中起着重要的作用. 红枫湖ρ(DGM)除受光强影响外,还受到春季后五大量生长的藻类影响,但与溶解性有机碳含量(ρ(DOC))及温度的相关性不大. 活性汞含量(ρ(RHg))为0.14～2.70 ng/L,其主要受Hg2+的光致还原过程,Hg2+的甲基化过程以及人为源的释放等因素的控制.      

重庆缙云山降水中不同形态汞的含量及其沉降量

于2013年4月至2014年3月连续1 a,利用湿沉降自动采样器采集了重庆缙云山的雨水样品,分析了样品中不同形态汞的含量,并计算其沉降量.结果表明,降水中总汞(THg)、溶解态汞(DHg)、颗粒态汞(PHg)、活性汞(RHg)、总甲基汞(Me Hg)、溶解态甲基汞(DMe Hg)、颗粒态甲基汞(PMe Hg)的含量范围分别为7.47~120.11、2.51~43.03、2.28~77.99、0.14~15.14、2.58×10-2~101.62×10-2、0.30×10-2~72.29×10-2、1.45×10-2~63.55×10-2ng·L-1.在计算各形态汞体积加权平均含量(VWM)的基础上,分别算出其年沉降通量为:42.71、23.51、19.20、5.87、0.61、0.34、0.27μg·(m2·a)-1.Me Hg占THg的比例是0.07%~3.79%(平均1.34%),而PHg占THg的比例以及PMe Hg占Me Hg的比例分别是10.49%~89.30%(平均49.95%)、4.31%~98.86%(平均43.14%).除Me Hg外,其它形态汞的含量和沉降量都表现出了明显的季节变化特征,THg、DHg、PHg的含量均为冬季最高而夏季最低,RHg的含量在春冬季明显高于秋夏季.THg、DHg、Me Hg、DMe Hg的沉降量与降雨量具有相同的季节变化趋势,均为春季夏季秋季冬季,RHg的沉降量也是春季最大,而冬季最小.缙云山大气汞沉降不仅受到降雨量、降雨频率以及其它气象条件的影响,也受到了人为活动的干扰.     

三峡库区农林畜复合小流域水体汞的时空变化特征

以三峡库区中农、林、畜均有分布的典型小流域为对象,于2013年3月~2014年3月对流域内不同类型水体总汞(THg)和甲基汞(TMe Hg)时空变化进行为期1 a的系统研究.结果表明,研究区水体THg浓度范围为9.95~15.26 ng·L-1,均值为(11.95±1.87)ng·L-1,不同水体THg浓度大小为裸地养殖废水林地农林混交井水;TMe Hg浓度范围为0.120~0.441 ng·L-1,均值为(0.232±0.099)ng·L-1,不同水体TMe Hg浓度大小为养殖废水农林混交林地裸地井水.井水THg和TMe Hg均以溶解态为主要存在形态,而其余水体THg和TMe Hg则主要以颗粒形态存在.不同类型水体THg浓度分布均表现为冬春季高于夏秋季,而TMe Hg变化则较为复杂,人类活动和气象原因(气温、降雨量等)是造成THg和TMe Hg时空分布差异的主要原因.     

典型汞污染河流生物膜和沉积物中汞的分布特征

为弄清汞污染历史河流水体、生物膜和沉积物中汞污染现状和潜在风险,本研究选择贵州省清镇市东门桥河为研究对象,采集河流水体、生物膜和沉积物样品,并测定其汞的形态含量。结果表明,东门桥河水体总汞(THg)、溶解态汞(DHg)和颗粒态汞(PHg)的平均含量分别为66.46±51.87 ng/L、10.67±5.15 ng/L和55.79±50.26 ng/L,PHg含量高达72%。生物膜中THg和MeHg的平均含量分别为9.38±12.39 mg/kg、19.58±22.21μg/kg;沉积物中THg和MeHg的平均含量分别为30.89±24.64 mg/kg、21.50±7.20μg/kg。水体和生物膜中汞的季节分布特征为夏季秋季春季。受清淤情况和市政污水排放的影响,随着采样点逐渐远离总排污口,水体汞含量呈现逐渐升高的趋势,而沉积物和生物膜的汞含量呈现出逐渐下降的趋势。     

三峡水库消落带土壤与优势植物淹水后对土-水系统汞形态的影响

三峡库区消落带落干期植被生长茂盛,蓄水后消落带被淹没,土壤-植物系统在长时间淹水情况下,随着体系内物理化学性质的改变,汞形态也会发生变化,从而对库区水生生态系统中汞含量以及形态带来一定的影响.为此,本研究选取三峡库区4种优势植物室内栽培,再进行室内模拟淹水试验,研究淹水后土壤、水体中甲基汞(Me Hg)以及其他形态汞的变化.结果表明,淹水过程中植物的存在有利于土壤Me Hg的生成,同时对上覆水不同形态汞浓度影响显著.狗牙根作为消落带优势种,由于其体内总汞及甲基汞含量较高,淹水后对土壤以及上覆水系统中甲基汞以及其他汞形态的影响最为明显.淹水第90 d,狗牙根+土+江水(B1)处理土壤Me Hg的含量最高,为(1 135.86±113.84)ng·kg~(-1),是不加植物的对照处理土+江水(CK2)中土壤Me Hg含量的2倍左右;上覆水总甲基汞(TMe Hg)、溶解态甲基汞(DMe Hg)、总汞(THg)、溶解态汞(DHg)和活性汞(RHg)均呈峰值偏左的抛物线状变化,在第30 d时达到峰值,其中B1处理上覆水TMe Hg、THg和DHg最高,分别为(2.88±0.06)、(40.29±2.42)和(35.51±3.77)ng·L~(-1),三者中溶解态汞是其主要存在形式.因此可以推测三峡库区消落带植物淹水后将增加水库汞污染负荷.     

长期不同耕作方式下紫色水稻土和上覆水中汞及甲基汞的分布特征

为了解不同耕作方式对稻田中甲基汞的影响,在免耕冬水、垄作免耕、厢作免耕、水旱轮作和常规平作等5种耕作方式的长期定位试验地,分层采集土壤和上覆水样品,分析了汞及甲基汞的垂直分布特征.结果表明,免耕冬水、垄作免耕以及厢作免耕条件下土壤总汞含量在10~20 cm层最高,其中免耕冬水富集效果相对明显;而水旱轮作和常规平作处理则随土层加深呈下降趋势,其中水旱轮作更有利于汞的迁移转化.免耕冬水、厢作免耕、常规平作土壤甲基汞含量在剖面的分布规律与土壤总汞类似,除水旱轮作土壤汞甲基化能力在底层比表、中层较强外,其余4种处理则相反.5种耕作方式下稻田上覆水中溶解态汞(DHg)和溶解态甲基汞(DMe Hg)含量均随水深而增加,且水旱轮作和常规平作相对较高.各处理孔隙水中DHg含量与该层次土壤总汞含量有关,两者在土壤剖面上的波动趋势基本相同.免耕冬水、垄作免耕的孔隙水中DMe Hg含量及DMe Hg占DHg比例均在10~20 cm层出现最大值.水旱轮作和常规平作的孔隙水DMe Hg含量则相反,在10~20 cm层有最低值,两种处理的DMe Hg占DHg比例随土壤深度增加而上升.不同处理孔隙水中DMe Hg含量及DMe Hg占DHg比例均大于对应处理上覆水的值.     

乌江流域大气降雨中不同形态汞的时空分布

2006年1～12月测定了乌江流域5个水库库区大气降雨中不同形态汞的浓度.结果表明,总汞、溶解态汞、颗粒态汞、活性汞、甲基汞的浓度范围分别为7.49～149.13ng·L-1、1.23～10.02ng·L-1、5.76～141.92ng·L-1、0.56～2.94ng·L-1、0.082～0.821ng·L-1.降雨中颗粒态汞为主要形态,约占总汞比例的67.6%～96.1% (平均87%),活性汞、甲基汞占总汞的比例分别为5.1%和0.68%.除活性汞外,其它形态汞的浓度存在明显的季节变化趋势,冬春季的浓度明显高于夏秋季,而不同形态汞的空间分布特征不明显.降雨中汞的浓度主要受降雨量及燃煤等人为活动的影响.     

春季胶州湾海水汞的形态研究

于2010-04对胶州湾进行定点连续采样,采用现场和室内分离测定的方法,分析了海水中汞的形态及其日变化特征,以进一步认识汞在近海环境中的归宿和环境效应.结果表明,胶州湾表层海水中溶解态元素汞(DEM)浓度为97.5 pg.L-1(38.2～156 pg.L-1),最高值和最低值分别出现在13:00和17:30,主要受潮汐和光照的影响.DEM含量随深度的增加而下降,表层海水DEM主要来源于Hg(Ⅱ)的光致还原.活性汞(RHg)、溶解态汞(DHg)浓度分别为7.94 ng.L-1(4.39～19.3 ng.L-1)和13.9 ng.L-1(7.32～49.1 ng.L-1),均在13:00出现最大值,主要是受潮汐带来污染较重的海水的影响.活性汞和溶解态汞浓度随水深变化的趋势相似,受到光照和水温的影响,表层海水活性汞占溶解态汞的比例最大.海水中活性汞平均占溶解态汞的62%,具有相对较高的活性和生物可利用性,为DEM的形成提供了条件.甲基汞(MeHg)浓度较低,平均为0.30 ng.L-1,部分未检出.     

黄渤海典型海域DGM变化及其影响因素

采集黄渤海海域海水,研究近海、远海、河口海域溶解气态Hg（DGM）变化及其差异。结果表明,近海表、底层海水DGM浓度较高（分别为160~230 pg/L,160~250 pg/L）,中层最低（50~140 pg/L）,近海沉积物再悬浮导致沉积物中产生的DGM释放到上层海水,所以底层高于中层。远海站点表层、中层海水DGM浓度高（分别为140~210 pg/L,130~200 pg/L）,底层最低（60~180 pg/L）。表层海水DGM主要是光还原产生,而底层海水的DGM来自上层DGM的扩散或沉积物的释放。长江、黄河河口附近海域表层海水DGM浓度高,随着深度的增加,DGM浓度减小,底层沉积物产生的DGM较少,长江口附近的低氧区未发现DGM的高浓度值,说明低氧区不能导致DGM的大量产生。     

九龙江河口咸淡水混合过程中汞的额外增加与消除

河口是海陆界面能量和物质交换的重要场所,研究汞在河口的迁移特征及影响因素,对认识汞的生物地球化学行为具有重要意义. 本研究测定了九龙江河口区沉积物孔隙水的总汞(total mercury, THg)浓度与汞同位素特征,结合笔者所在课题组已发表的相关研究数据,比较不同季节、不同潮位、降水与否的表层水THg浓度、汞同位素组成与盐度之间的关系,探究影响表层水中汞额外增加/消除的因素及机制. 结果表明:①孔隙水THg浓度〔(38.28±28.80) ng/L,n=28〕显著高于表层水〔(8.53±6.85) ng/L,n=35〕(P<0.01);孔隙水THg浓度受季节或径流量变化的影响不明显. 孔隙水δ202Hg平均值(?1.24‰±0.36‰,n=28)处于表层水(?0.32‰±0.38‰,n=29)和沉积物(?1.99‰±0.69‰,n=18)之间;Δ199Hg平均值(?0.13‰±0.03‰,n=28)低于表层水(?0.04‰±0.10‰,n=29)和沉积物(?0.04‰±0.16‰,n=18),表明汞在孔隙水与沉积物间的双向传递与吸附及非光致氧化过程有关. ②枯水期河口区表层水中的汞以额外消除为主,呈现汞“汇”特征;丰水期则呈现汞“源”特征. 当咸淡水在河道较浅处交汇时,表层水中汞的额外增加更大. 无论是增加或消除,表层水中汞的δ202Hg与Δ199Hg值均升高. 汞在咸淡水交汇界面的迁移受径流量、潮位、河道特征及降水事件等多因素影响. ③枯水期中降水事件发生时表层水THg浓度和汞同位素组成随盐度的变化特征与非降水期不同,表明降水可影响表层水中汞的行为. 研究显示,汞在咸淡水交汇界面的迁移受径流量、潮位、河道特征及降水事件等多因素影响,河口是汞“源”也是汞“汇”.      

Transport and fate of mercury under different hydrologic regimes in polluted stream in mining area

Seepage from Hg mine wastes and calcines contains high concentrations of mercury (Hg). Hg pollution is a major environmental problem in areas with abandoned mercury mines and retorting units. This study evaluates factors, especially the hydrological and sedimentary variables, governing temporal and spatial variation in levels and state of mercury in streams impacted by Hg contaminated runo . Samples were taken during di erent flow regimes in theWanshan Hg mining area in Guizhou Province, China. In its headwaters the sampled streams/rivers pass by several mine wastes and calcines with high concentration of Hg. Seepage causes serious Hg contamination to the downstream area. Concentrations of Hg in water samples showed significant seasonal variations. Periods of higher flow showed high concentrations of total Hg (THg) in water due to more particles being re-suspended and transported. The concentrations of major anions (e.g., Cl??, F??, NO3?? and SO4 2??) were lower during higher flow due to dilution. Due to both sedimentation of particles and dilution from tributaries the concentration of THg decreased from 2100 ng/L to background levels (< 50 ng/L) within 10 km distance downstream. Sedimentation is the main reason for the fast decrease of the concentration, it accounts for 69% and 60% for higher flow and lower flow regimes respectively in the upper part of the stream. Speciation calculation of the dissolved Hg fraction (DHg) (using Visual MINTEQ) showed that Hg(OH)2 associated with dissolved organic matter is the main form of Hg in dissolved phase in surface waters in Wanshan (over 95%).