蚯蚓对土壤汞的吸收动力学及其慢性毒性研究

Mercury contamination in soils has been received wide attention in China. Soil mercury could be involved into the terrestrial food chain by plants and invertebrates uptake, resulting in ecological and health risks. In this proposal, uptake kinetics of soil-mercury by the earthworm will be investigated, using stable isotope tracer technique. Effects of biogeochemical factors on the uptake kinetics and chronic toxicity of mercury exposure will be examined. Specifically, the linkage between mercury uptake kinetics and chronic toxicity will be further explored to investigate the underlying mechanisms of mercury bioaccumulation and toxicity in earthworm. Information gained in the study would greatly contribute to the risk assessment of chronic mercury exposure to earthworm and provide theoretical basis for reducing mercury bioavailability and toxicity in contaminated soils.

我国土壤汞污染问题严重，已引起广泛关注。汞在土壤中通过植物或者动物吸收进入生物圈并沿食物链传递，威胁人体健康。本项目拟以蚯蚓为研究对象，利用稳定同位素示踪技术研究不同生物地球化学因素（汞的形态、浓度和土壤成分）对蚯蚓吸收土壤汞动力学（同化率、摄食率和间隙水中汞的吸收速率常数）的影响，探讨土壤汞的吸收动力学和蚯蚓慢性毒性效应间的定量关系，阐明土壤汞在蚯蚓体内富集及致毒机制，以全面评估土壤汞污染的生态风险，为降低土壤汞的生物可利用性及生态与环境风险提供理论依据。

本项目以蚯蚓（Pheretima guillemi）为研究对象，研究不同生物地球化学因素对蚯蚓吸收土壤汞的影响。蚯蚓对贵州万山矿区土壤中甲基汞的生物富集因子（BCF）为5.37~17.55，高于无机汞的生物富集因子（0.12~1.14），说明甲基汞比无机汞的生物有效性更高，具有潜在的生物放大效应。蚯蚓体内甲基汞占总汞比例为0.52% ~ 4.2%，高于土壤中甲基汞的比例（< 0.1%）。随着土壤中汞浓度的增加，蚯蚓体内无机汞（0.19 μg/g 到10.17 μg/g）及甲基汞（7.25 ng/g到47.81 ng/g）的含量增加。尤其是土壤和蚯蚓体内无机汞呈现良好的线性相关，综合文献调研结果，可见土壤无机汞浓度能较好的预测蚯蚓的汞富集。因此即使是以往认为的“惰性汞”仍能被蚯蚓吸收。.在本项目中定量了蚯蚓对土壤无机汞和甲基汞的同化效率和吸收速率常数。蚯蚓对万山天然污染土壤和实验室人工制备污染土壤中无机汞的同化率分别为7.2和15.4%，而对甲基汞的同化率相近（82.4-87.2%）。蚯蚓对无机汞和甲基汞的水相吸收速率常数分别为0.087和0.553 L/g/d。动力学模拟过程表明土壤摄食对汞富集的贡献取决于汞的固液相分配系数和土壤摄食速率，说明土壤摄食对蚯蚓累积汞的重要性。在天然汞污染土壤中，蚯蚓体内大于99%的无机汞和甲基汞源自于土壤摄食。因此，在评估蚯蚓的汞暴露风险时需要重点考虑土壤摄食暴露途径。.本项目率先证实土壤性质控制汞的生物有效性，其中土壤pH和有机质是关键性因素。对于甲基汞，土壤pH、有机质含量和随机地点效应几乎解释了不同类型土壤暴露蚯蚓的甲基汞的变化；对于总汞，土壤中的pH和TOC解释了大多数的变化，且土壤中的总汞浓度与蚯蚓总汞累积不存在显著性关系。该发现说明可以通过调节土壤性质控制蚯蚓对甲基汞的吸收。首次通过体外消化液萃取实验证明蚯蚓肠液对甲基汞的萃取效率高，再次证明土壤摄食是蚯蚓甲基汞累积的主要途径，扭转了“蚯蚓主要从间隙水富集金属”的传统观点。.本项目的产出将提供基础性研究数据（如蚯蚓吸收土壤汞的生物动力学参数等），加深对土壤汞的生物地球化学行为的认识。同时本项目研究不同类型土壤中汞生物可利用性的差异及其影响机制，将为减少汞生物可利用性的实践措施提供理论指导。此外，用蚯蚓评估土壤汞污染及其生态与环境风险，为监测及管理土壤汞污染提供了备选工具。