根际土壤中汞甲基化与去甲基化作用双同位素示踪研究

根际环境特殊的理化性质可能显著促进汞(Hg)的甲基化.为证实上述假设,本研究采集了三峡库区消落带狗牙根根际土和非根际土,分别测定了根际土与非根际土中总汞(THg)和甲基汞(MeHg)含量及主要理化性质,并采用双同位素示踪法(~(199)Hg~(2+)和Me~(201)Hg)进行室内模拟培养实验,探究其Hg的甲基化与去甲基化速率.结果表明,根际土壤中的Fe~(2+)、Mn~(2+)、有机质含量、过氧化氢酶活性显著高于非根际土(p0.05),MeHg含量、细菌、真菌数极显著大于非根际土(p0.01);根际土壤中MeHg的含量与Mn~(2+)、SO_4~(2-)、有机质含量存在显著正相关性(p0.05),与过氧化氢酶活性、细菌、真菌数存在显著正相关性(p0.01);根际土壤中Hg甲基化、去甲基化速率、净甲基化潜力均显著大于非根际土(p0.05),有菌根际土的甲基化与去甲基化速率显著大于无菌根际土(p0.05).本研究证实了根际是Hg发生甲基化的一个活跃区域,其中,微生物在根际土壤中Hg的甲基化与去甲基化过程中均起着主要作用.     

纳米TiO2对土壤重金属释放及形态变化的影响

通过室外模拟淹水实验研究纳米Ti O_2对土壤重金属迁移转化的影响,分析了两种纳米Ti O_2对三峡水库典型消落区土壤中Cr、Zn、Pb、Cu和Cd释放和形态变化的影响.结果表明,淹水两个月后,添加4 g·kg~(-1)金红石和锐钛矿颗粒处理均导致约30%的Cr释放到水中,主要促进可氧化态和残渣态Cr的溶出,从而促进土壤Cr的活化,大大提高其生态风险;另外,添加4 g·kg~(-1)金红石颗粒处理导致酸可交换态和可氧化态Pb含量分别下降25.92%和33.09%,增强其迁移性;但添加锐钛矿颗粒处理促进土壤中可氧化态Zn的生成,含量提高约30%,有利于Zn的固定;此外,两种纳米Ti O_2颗粒对Cu和Cd的形态均没有明显的影响.因此,纳米Ti O_2对土壤中Cr释放和形态变化影响最大,其次是Pb和Zn,在进行重金属污染土壤的修复及其风险评估时需要特别注意.     

不同类型紫色土土/气界面汞释放通量及其影响因素

运用动力通量箱与RA-915 汞分析仪联用技术,对重庆市3种类型紫色土的土/气界面汞交换通董进行了实地监测.结果显示,不同类型紫色土的土/气界面汞交换通量有一定差异,随着土壤pH值的增加,汞交换通量值增大,酸性紫色土平均通量值为(30.8±23.7)ng·m-2·h-1,中性紫色土为(34.9±25.7)ng·m-2·h-1,石灰性紫色土为(39.0±27.O)ng·m-2·h-1.土/气界面汞交换量受光照、气温、土壤温度和空气相对湿度等因素的影响,汞交换通量与光照、气温和土壤温度呈显著正相关关系,与相对湿度呈显著负相关关系,与大气压不相关.     

长寿湖水库垂直剖面不同形态汞的季节变化特征及其影响因素

分别于2013年9月至2014年7月,在三峡库区长寿湖水库设置5个采样点,分季节、分层次对水样和沉积物间隙水进行了采集和分析,考察了水库水体和沉积物间隙水不同形态汞浓度及垂向分布特征,并研究了沉积物中汞向上覆水的扩散通量.结果表明,长寿湖水库水体总汞浓度平均值为(14.77±12.24)ng·L-1,总甲基汞浓度平均值为(0.41±0.47)ng·L-1.夏秋季采样点溶解态甲基汞浓度在表层下4~8 m出现峰值,随之其值降低近湖底部再次跃增.颗粒态甲基汞浓度峰值出现在表层下8~20 m而非在沉积物-水体界面处,主要与上层水体颗粒物吸附甲基汞的沉降有关.长寿湖水库垂直剖面间隙水甲基汞峰值出现在表层下16 cm和28 cm,可能硫酸盐还原细菌活动扩展到更深的区域,从而导致了沉积物深处甲基化率的提高.间隙水溶解态甲基汞在秋季和夏季向上覆水体扩散通量分别为28.2 ng·(m2·d)-1和30.0 ng·(m2·d)-1,远高于冬季3.8ng·(m2·d)-1,这与夏秋两季水温较高有关.夏季、春季水体DMe Hg浓度与DO相关关系(r=-0.482**,P0.05;r=-0.339*,P0.01),秋季和冬季不具有相关性.     

三峡库区消落带土壤淹水过程中汞的释放及甲基化特征

为探索三峡库区消落带土壤淹水期汞的环境化学行为,利用模拟试验,设置A(15℃,低溶解氧(DO))、B(30℃,低DO)、C(15℃,高DO)3组处理,在人工气候培养箱中进行消落带土壤淹水过程中汞的释放与甲基化特征研究,淹水试验共进行了40 d.结果表明,淹水初期(0—10 d)土壤汞呈释放趋势,A、B、C等3组处理水体中总汞浓度逐渐增加,而土壤中总汞含量相应降低;随淹水时间的延长(10 d),二者达到平衡.淹水后,A、B、C处理上覆水甲基汞浓度随淹水时间的延长而升高,且分别在第15天、第8天、第15天达到峰值,第30天基本达到平衡;土壤甲基汞含量随淹水时间的延长而增高,并在第30天达到平衡,平衡时土壤及上覆水甲基汞浓度规律均表现为BAC.土壤-上覆水系统温度的适当升高利于土壤汞的释放及甲基化;高溶解氧利于土壤汞的释放,低溶解氧则更利于汞的甲基化.     

纳米TiO2对底泥中汞释放及活化的影响

为了研究纳米TiO2对底泥汞的释放及活化的影响,采用模拟淹水实验,分析纳米TiO2对底泥和上覆水中总汞和甲基汞浓度的影响,并结合底泥中各形态汞的变化情况探讨纳米TiO2对汞的迁移转化的影响.结果表明,纳米TiO2可促进底泥中汞的释放,导致更多的汞释放到水中,与对照相比,4g·kg-1纳米TiO2导致上覆水中总汞浓度最高时上升91.32%,最终土壤汞的释放量增加约10%,主要原因是纳米TiO2可促进氧化态汞的溶解,这可能会提高水体汞污染的风险.此外,在本实验条件下,短期内纳米TiO2可能降低了底泥甲基汞的形成和释放,但长期淹水后没有明显的影响.总体来看,纳米TiO2对底泥汞释放和转化的影响随浓度升高而增大.因此,随着底泥或土壤中纳米TiO2含量的升高,其对汞的地球化学循环过程的影响可能加剧.     

三峡库区稻田土壤重金属污染特征及风险评价

以三峡库区(重庆段)12个区县稻田土壤为研究对象,分析了土壤Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn和Ni含量,采用不同方法评估稻田土壤重金属的污染程度、潜在生态风险和人体健康风险.结果表明,三峡库区稻田土壤8种重金属除Cr外,其它7种重金属平均值均超过三峡库区土壤背景值,且分别有12.32%、 4.35%和2.54%的土壤样品Cd、 Cu和Ni含量超过相关标准的筛选值.8种重金属变异系数为29.08%～56.43%,属于中等及以上强度变异水平,受人为活动影响较大.8种重金属在土壤中均存在污染现象,且有16.30%、 6.52%和2.90%的土壤Cd、 Hg和Pb存在重度污染.同时,土壤Cd和Hg的潜在生态风险较高,整体为中度危害.12个区县中,巫溪县和巫山县污染程度较高,内梅罗综合污染评价为中等污染水平,且综合潜在生态风险也达到中度生态危害水平.健康风险评价结果表明,手口摄入是人体非致癌风险和致癌风险的主要暴露途径.土壤重金属对成人没有非致癌风险(HI<1),但有12.68%的点位对儿童具有非致癌风险(HI>1).土壤重金属对儿童具有致癌风险(TCR=5.75...     

三峡库区长寿湖水体不同形态汞的空间分布特征

以三峡库区长寿湖为调查对象,采用网格法均匀设点采样分析,并基于Arc GIS地统计模块,研究了长寿湖水体不同形态汞浓度及其空间分布特征.结果表明,长寿湖表层水总汞浓度变化范围为0.50~3.78 ng·L-1,平均值为1.51 ng·L-1;总甲基汞浓度变化范围为0.10~0.75 ng·L-1,平均值为0.23 ng·L-1.表层水体各形态汞的块金效应值分别为总汞50.65%、溶解态汞49.80%、颗粒态汞29.94%和活性汞26.95%,具有中等程度空间自相关性,表明在空间分布上一方面受水体内在属性的影响,另一方面也与渔业养殖、工业活动、农业耕种等人为外源输入干扰因素有关.表层水体溶解态甲基汞块金效应值3.49%,小于25%,表现很强的空间自相关性,其分布主要受到水体内在环境因素等的控制.各采样点水体总甲基汞占总汞的比例均较高,均达到淡水湖泊和河流中总甲基汞占总汞的质量分数上限值30%,暗示长寿湖水体内在环境条件利于汞的甲基化.     

三峡库区典型消落带土壤及沉积物中溶解性有机质(DOM)的紫外-可见光谱特征

溶解性有机质(DOM)是陆地生态系统的重要组成部分,在环境地球化学中扮演着重要角色.在测定三峡库区典型消落带土壤及沉积物DOM的紫外-可见光谱基础上,通过特征参数及光谱模型来获取DOM的地化特征和信息.紫外-可见光谱特征参数表明土壤DOM的芳香性、疏水组分及腐殖化程度都明显低于上层沉积物,与高程和土地利用类型无关;而所选择的4种吸收光谱模型中以模型2为最优.同时,不同模型和不同拟合波段均对DOM光谱曲线斜率(S)有影响:S值随波长增加而减小;而不同波段S值相关性存在差异,表明各波段S值仅反映DOM部分信息,而非全部.此外,特征斜率之比(SR)反映出表层沉积物所受降解程度(光漂白或生物降解)小于土壤和往年沉积物,其芳香性更高,分子量更大,参与降解的反应活性也更大;这表明DOM越新鲜,其受到的光照和生物作用相对较小,降解潜力越大.     

三峡库区消落带农业活动对土壤汞变化的影响

针对三峡库区消落带退水期农业生产是否会对库区环境带来不利影响的问题,以分布面积较大、农业活动较为频繁的重庆市开州区渠口镇消落带为研究区域,选择种植水稻、玉米、蔬菜和未农用的草地4类消落带地块为研究对象,调查了不同利用地块表层土壤汞(Hg)的变化特征.结果表明,研究区域内土壤THg、有效态Hg(Hg-wh)和甲基汞(MeHg)平均含量分别为25.80~68.74、0.44~0.88和0.08~0.85 ng·g-1.未耕作土地表层土壤THg、Hg-wh和MeHg含量均高于耕作土地表层土壤,说明耕作扰动能够加速土壤Hg的流失.未耕作土壤与耕作土地表层土壤MeHg含量随着落干时长的增加均呈现先升高后降低的趋势,峰值大约出现在落干后1~2个月内,约为淹水末期的4倍,之后逐渐降低至相对稳定的水平.MeHg占THg比例(%MeHg)也呈现类似规律,峰值出现在落干后1个月左右,降到稳定水平时与淹水末期含量无显著性差异(P0.05).土壤%MeHg与Hg-wh含量呈显著性正相关关系(r=0.642,P0.01),而与THg含量没有显著相关性(P0.05),说明消落带土壤Hg甲基化主要受生物可利用性Hg形态的影响.