Mercury Accumulation in Periphyton of Eight River Ecosystems1

Abstract: In 2003, the U.S. Geological Survey (USGS) National Water‐Quality Assessment (NAWQA) program and U.S. Environmental Protection Agency studied total mercury (THg) and methylmercury (MeHg) concentrations in periphyton at eight rivers in the United States in coordination with a larger USGS study on mercury cycling in rivers. Periphyton samples were collected using trace element clean techniques and NAWQA sampling protocols in spring and fall from targeted habitats (streambed surface‐sediment, cobble, or woody snags) at each river site. A positive correlation was observed between concentrations of THg and MeHg in periphyton (r² = 0.88, in log‐log space). Mean MeHg and THg concentrations in surface‐sediment periphyton were significantly higher (1,333 ng/m² for MeHg and 53,980 ng/m² for THg) than cobble (64 ng/m² for MeHg and 1,192 ng/m² for THg) or woody snag (71 ng/m² for MeHg and 1,089 ng/m² for THg) periphyton. Concentrations of THg in surface‐sediment periphyton had a strong positive correlation with concentrations of THg in sediment (dry weight). The ratio of MeHg:THg in surface‐sediment periphyton increased with the ratio of MeHg:THg in sediment. These data suggest periphyton may play a key role in mercury bioaccumulation in river ecosystems.     

Mercury in sediments and vegetation in a moderately contaminated salt marsh (Tagus Estuary, Portugal)

Depth variations of total mercury (Hg) and methylmercury (MeHg) concentrations were studied in cores from non-colonized sediments, sediments colonized by Halimione portulacoides, Sarcocornia fruticosa and Spartina maritima and belowground biomass, in a moderately contaminated salt marsh (Tagus Estuary, Portugal). Concentrations in belowground biomass exceeded up to 3 (Hg) and 15 (MeHg) times the levels in sediments, and up to 198 (Hg) and 308 (MeHg) times those found in aboveground parts. Methylmercury in colonized sediments reached 3% of the total Hg, 50 times above the maximum values found in non-colonized sediments. The absence of correlations between total Hg concentrations in sediments and the corresponding MeHg levels suggested that methylation was only dependent on the environmental and microbiological factors. The analysis of belowground biomass at high-depth resolution (2 cm) provided evidence that Hg and MeHg were actively absorbed from sediments, with higher enrichment factors at layers where higher microbial activity was probably occurring. The results obtained in this study indicated that the biotransformation of Hg to the toxic MeHg could increase the toxicity of plant-colonized sediments.     

乌江流域东风水库沉积物中汞及甲基汞的时空分布特征

为弄清东风水库水库沉积物中汞及甲基汞的时空分布特征,于春、夏两季对东风水库进行了采样,分别采用王水水浴消解-冷原子荧光法和萃取-乙基化结合GC-CVAFS法测定沉积物总汞和甲基汞的浓度。结果表明,春、夏两季东风水库沉积物的总汞剖面分布特征具有良好的一致性,没有明显的季节性变化;水库沉积物甲基汞浓度表现为夏季略高于春季,中、下游略高于上游,但在垂直方向上的分布规律不明显,并未像其他的水库一样在沉积物剖面中出现峰值。     

毛细柱与填充柱气相色谱法分析环境中甲基汞

介绍巯基棉富集－毛细管气相色谱法测定环境水,沉积物和土壤样口中痕量基汞的分析方法,对毛细管柱与填充柱分析样品中甲基汞的精度度,检测限进行了对比。研究表明,填充柱分析甲基汞的检测限为２ｐｇ,而毛细管柱色谱对甲基汞的检测限为０．５ｇｐ。     

水稻根际土壤中汞的微生物循环过程

甲基汞(MeHg)是一种具有神经毒性的环境污染物。稻田土壤中在微生物作用下由无机汞转化产生的甲基汞,经水稻根系吸收后最终会富集于稻米中,由此造成人体的甲基汞暴露风险。水稻根际土壤在此过程中可能扮演着至关重要的作用。受水稻根系分泌的有机碳及氧气等的影响,根际土壤被视为稻田环境中的特殊生境,其间的微生物群落结构与丰度以及若干关键元素的循环过程与非根际土壤相比存在巨大差异。这一特殊生境会对无机汞(IHg)以及甲基汞在稻田环境中的命运产生重要影响。本文首先简要综述了稻田土壤环境中甲基汞产生与降解的微生物学过程研究进展,并进一步着重分析了水稻根际土壤中Fe、S、C、N和P等关键元素对汞的微生物循环过程的影响。深刻认识这些过程,有助于研究者准确评估汞污染区稻田土壤甲基汞的产生及向水稻体内的转移效率,这对未来选择适当的农业手段降低人体甲基汞暴露风险具有重要意义。文章最后提出了若干值得探索的研究方向,期望能为相关研究提供新思考。     

全自动甲基汞分析系统分析甲基汞的仪器条件优化

通过对比优化了全自动甲基汞仪器分析系统的参数设置,得到当吹扫气N2和载气Ar流速分别为344 mL.min-1和34 mL.min-1,GC柱分离温度在约40℃时,Hg0、MeHg和Hg2＋乙基化（1%NaBEt4溶液）后分离效果和完成时间最佳;在0—100 pg的标准工作曲线范围内,乙基化试剂的最佳投加量为40μL;...     

大连湾表层沉积物中总汞和甲基汞的分布及影响因素

为研究大连湾表层沉积物中THg（总汞）和MeHg（甲基汞）的分布及影响因素,于2016年7月对大连湾12个采样点表层沉积物进行了调查,分析了沉积物中w（THg）和w（MeHg）及其与环境因子的关系.结果表明:①大连湾表层沉积物中w（THg）和w（MeHg）的平均值分别为（79.5±47.1）和（0.53±0.26）ng/g,MeHg%（甲基化比率）范围为0.39%~1.46%,平均值为0.74%.②沉积物中w（THg）和w（MeHg）均表现出由湾内向湾外降低的趋势,而MeHg%的空间分布特征与w（THg）和w（MeHg）相反,并且水产养殖活动的外源输入也可对MeHg%产生影响.③w（MeHg）与各环境因子均呈显著相关关系,表明沉积物中w（MeHg）主要受w（THg）和氧化还原条件的影响;MeHg%与Hg/C（THg与TOC摩尔比,下同）呈显著负相关,可能主要与沉积物中生物可利用Hg的比例影响有关,而MeHg%虽然与w（TOC）、w（TS）的相关性均不显著,但也体现出有机质和硫对Hg的生物可利用性的影响.研究显示,沉积物中生物可利用Hg在MeHg的产生过程中具有重要作用,而减少大连湾内汞和有机质的输入将有助于降低沉积物中w（MeHg）.      

Research progress on occurrence forms and microbial transformation of mercury北大核心CSCD

汞是一种高毒性且具有持久性的重金属污染物,汞污染的治理与修复在近几十年一直是国内外研究热点.了解微生物对汞赋存形态的转化作用,对汞污染的治理与修复具有重要意义.总结汞的不同赋存形态、毒性及对应的常用分析方法,其中甲基汞(methyl mercury,MeHg)是毒性最强的汞形态之一.环境中汞的化学形态能发生转化,尤其以微生物驱动的汞的甲基化、MeHg的去甲基化和汞的氧化还原最为常见.依据汞转化类型将汞转化相关微生物分为汞甲基化、MeHg去甲基化、汞还原、汞氧化等类群,将对应的汞转化作用机制分为基于hgcAB基因的汞甲基化、基于mer操纵子基因的MeHg去甲基化和Hg2+还原、胞内过氧化氢酶介导的Hg0氧化.微生物汞转化过程不仅受到pH和温度的显著影响,而且还受到汞的赋存形态和游离汞的浓度、微生物种/群结构与功能、矿物种类、中间体和次生产物及其交互作用的影响,基于此,提出正确客观表征汞的微生物转化过程需要综合分析微生物组和矿物组的变化规律及其交互作用的综合效应.针对酸性矿山废水(AMD)极端环境微生物汞转化研究的不足,未来的工作将聚焦结合多组学手段、同步辐射谱学和密度泛函理论(DFT)计算等分析技术研究汞赋存形态的微生物转化过程,分析和阐明汞转化中间体的键合作用方式和转化机制,从而为AMD汞污染的预防、治理和修复提供依据.(图2表2参107)     

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.     

三峡库区消落带沉积物对鱼体富集汞的影响

水体环境中的汞（Hg）容易被鱼体富集.为了研究三峡库区消落带沉积物对鱼体Hg含量的影响,采用不同Hg含量的消落带沉积物进行了为期90 d的模拟淹水实验.结果表明沉积物淹水后,水体总汞（THg）和甲基汞（MeHg）含量显著增加,鱼体肌肉中THg和MeHg含量不断增加,而内脏和头部中THg和MeHg含量前期不断增加,后期则有轻微减小的趋势.肌肉对Hg的富集量大于内脏和头部,后两者的富集量没有显著性差异.与对照组（无沉积物）相比沉积物的存在明显增加了鱼体富集Hg的量,而且当沉积物中Hg含量较高时,鱼体对Hg的富集量也显著增加.鱼体各部位THg和MeHg含量变化曲线高度相似,各部位对MeHg的富集系数（bioaccumulation factors,BCF）在1.93×10⁵~8.89×10⁵之间,对无机Hg的BCF在1.3×10³~12.8×10³之间,表明鱼体所富集的Hg形态上主要为MeHg.鱼体各部位MeHg和THg含量均为极显著相关,线性回归方程表明,在富集Hg的量中,MeHg占THg比例分别为：肌肉80.1%、内脏79.3%、头部66.7%.消落带沉积物再淹水后会发生一定程度的净甲基化现象产生MeHg,由于扩散作用使水体MeHg浓度在一段时间内升高,这导致了鱼体对Hg的富集量增加.因此对三峡库区大面积消落带可能存在的Hg污染风险不可忽视.