三峡水库消落区土壤汞的甲基化及其释放特征

水库是典型的汞敏感生态系统，被淹没土壤是水库鱼体甲基汞增高的重要来源。但目前即使在国际学术界，对水库中汞的甲基化机理目前仍不是十分清楚，虽已知道被淹没土壤是甲基汞的主要来源，但就淹没土壤中不同形态汞被甲基化的能力是否一致、具体是何种微生物是主要的汞甲基化贡献者等这些问题还认识不清楚。针对具有周期性淹水与退水特点的大型水库消落区土壤汞的甲基化机理及其释放特征等方面的相关研究更是鲜见报道。本项目选择三峡水库四个代表性研究地点，通过对三峡水库消落区土壤中汞甲基化、去甲基化、甲基汞释放特征及其影响因素的研究，探明消落区周期性淹水与退水过程中土壤（底泥）甲基汞动态变化特征，明确水库消落区土壤汞的甲基化与去甲基化机制，摸清淹水后消落区甲基汞的释放特征及其环境效应，为解决三峡水库蓄水运行后可能带来的汞生态风险问题提供科学依据。

本项目以三峡水库成库后形成的消落带为研究对象，以三峡水库消落区不同土壤及利用类型甲基汞动态变化规律，影响消落区土壤汞甲基化与去甲基化的非生命物质作用和微生物作用过程，甲基汞在消落区土-水界面的释放特征及其对鱼体富集的影响为研究内容，系统研究了消落区甲基汞的环境化学行为。经过四年的野外调查与室内模拟研究，完成了既定目标任务。在三峡水库消落区四个监测点定点采样分析，得出土壤甲基汞含量范围为0-6.98µg/kg，均值为0.51µg/kg，其中以夏季含量较高。与国内其他地区相比，三峡库区消落带土壤中汞甲基化的程度处于较低水平。消落区内不同利用类型土壤中菜地甲基汞含量最高，稻田次之，桉树林最低。通过野外监测和室内模拟试验发现，光照是三峡库区甲基汞降解的重要因素，DOM和Cl-离子对甲基汞的光降解有抑制作用，而NO3-离子则具有促进作用。柠檬酸、酒石酸、苹果酸、琥珀酸等低分子量有机酸对无机汞的甲基化无直接作用，但对甲基汞的去甲基化总体表现为，低浓度具有抑制作用，而高浓度具有促进作用。总体上，长江三峡干支流消落区4月和6月土壤可培养细菌数差异不大，但8月则显著低于4月和6月。分析发现10-20 cm土层土壤可培养细菌总数与甲基汞含量显著或极显著正相关，这充分表明土壤细菌在汞甲基化方面具有及其重要的作用。同时，本试验采用的CFU法是在有氧条件下进行的，因而推测土壤中存在某些对汞甲基化起主导作用的好氧微生物。进一步分析发现，三峡水库消落区土壤中的主要微生物类群为变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和放线菌门（Actinobacteria），在各样本中，这些类群组成了土壤总序列的51.86%-73.13%。在分离的12个菌株中，目前已发现有4个菌株具有汞的甲基化作用，其中发现有一菌株在有氧条件下的甲基化作用明显高于厌氧条件。模拟试验显示，土壤、植物淹没后，水体甲基汞含量明显增加，并导致鱼体甲基汞含量增加。