污灌區(qū)鹽分累積對(duì)外源汞在土壤中甲基化的影響

鄭順安,周 瑋,薛穎昊,習(xí) 斌,黃宏坤,段青紅,鄭向群

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污灌區(qū)鹽分累積對(duì)外源汞在土壤中甲基化的影響

鄭順安1,2,3,周 瑋1,薛穎昊1,習(xí) 斌1,黃宏坤1,段青紅1,鄭向群2*

(1.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站,北京 100125；2.農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所,天津 300191；3.農(nóng)業(yè)部資源循環(huán)利用技術(shù)與模式重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100125)

將汞同位素示蹤劑199Hg2+(土壤背景含量的80%)加入不同鹽分和鹽度處理的鹽漬化土壤中,利用多重標(biāo)記穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù),研究鹽分累積對(duì)外源汞在土壤中甲基化的影響.鹽分種類為NaCl和Na2SO4,設(shè)置的鹽度梯度為7個(gè),添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%~5%.結(jié)果表明,外源199Hg2+加入土壤后,在培養(yǎng)期間,土壤中CH3199Hg+生成量變化趨勢(shì)總體呈型曲線,表現(xiàn)出遲緩-最大速率-穩(wěn)定3個(gè)階段,用Logistic方程可以理想擬合鹽處理下外源汞添加入土壤后生成甲基汞的動(dòng)力學(xué)過程.在未添加鹽分處理的對(duì)照土壤中,甲基汞最大生成量為0.698 μg/kg,最大甲基化速率為0.217 μg/(kg·d).NaCl處理下,隨著鹽度的增長,外源Hg進(jìn)入土壤后汞甲基化程度總體呈現(xiàn)先增長后降低的趨勢(shì).0.2%~0.6%鹽度下,甲基化程度顯著提高,0.4%鹽度下最高,最大生成量和最大甲基化速率分別達(dá)到3.589 μg/kg和0.415 μg/(kg·d).鹽度在1%~2%時(shí)汞甲基化程度與對(duì)照比較接近,高鹽度(5%)對(duì)汞甲基化有明顯的抑制作用.Na2SO4處理下,當(dāng)鹽度水平超過0.2%時(shí),會(huì)顯著抑制外源汞加入土壤后甲基汞的生成.

污灌區(qū)；汞；同位素示蹤；甲基化；NaCl；Na2SO4

汞是非常特殊的重金屬,對(duì)動(dòng)物和人而言,有機(jī)汞的毒性遠(yuǎn)大于無機(jī)汞的毒性,而甲基汞(MeHg)是有機(jī)汞最為主要的存在形式,環(huán)境中任何形式的汞(包括金屬汞、無機(jī)汞和其它有機(jī)汞)都可以在一定條件下轉(zhuǎn)化為MeHg,所以汞的甲基化問題備受人們關(guān)注.土壤在經(jīng)歷漫灌(污灌)、季節(jié)性水淹、洪水或干濕交替(稻田環(huán)境)等水分條件變化時(shí),極有可能使土壤汞發(fā)生甲基化,造成土壤中MeHg含量增加并釋放到水體或大氣中,形成生物體的MeHg暴露[1-2].稻田生態(tài)系統(tǒng)是濕地的一種類型,水稻在生長期內(nèi)因季節(jié)性灌溉,使其也成為一種特殊的濕地生態(tài)系統(tǒng),為硫酸鹽還原菌和鐵還原細(xì)菌等提供理想的生存條件,因此稻田土壤也很有可能和濕地土壤相似,都具有很強(qiáng)的汞甲基化能力,從而成為陸地生態(tài)系統(tǒng)的MeHg源.本課題組先前對(duì)天津北排污河附近29個(gè)稻田土壤的調(diào)查顯示,土壤MeHg含量為(0.87 ±0.77)μg/kg,個(gè)別汞污染較嚴(yán)重地塊存在MeHg暴露風(fēng)險(xiǎn)[3].

利用污水進(jìn)行長期灌溉(尤其是在蒸發(fā)量較大、降雨較少、排鹽不暢的地區(qū))會(huì)導(dǎo)致土壤鹽分的累積,進(jìn)而導(dǎo)致土壤次生鹽漬化,這一問題在我國北方乃至世界范圍內(nèi)的污灌區(qū)都比較突出.污灌區(qū)土壤鹽漬化趨勢(shì),是否會(huì)影響土壤汞甲基化,從而加劇汞污染的危害并增加其防治難度等問題,當(dāng)前仍然缺乏該方面的研究.MeHg在環(huán)境介質(zhì)中濃度極低,且易受基體影響和樣本處理過程中形態(tài)轉(zhuǎn)化的制約,分析技術(shù)難度較大.20世紀(jì)90年代以來,同位素稀釋法這一強(qiáng)大工具被引入汞形態(tài)分析.汞有7種穩(wěn)定同位素,可在實(shí)驗(yàn)中添加汞同位素化合物,研究轉(zhuǎn)化反應(yīng),這一過程被稱為穩(wěn)定同位素標(biāo)記示蹤技術(shù).將同位素稀釋技術(shù)與氣相色譜-電感耦合等離子質(zhì)譜儀聯(lián)用系統(tǒng)(GC/ICP-MS)結(jié)合起來,利用質(zhì)譜儀測(cè)量待測(cè)同位素比值的改變而計(jì)算出待測(cè)物質(zhì)濃度,可以追蹤檢測(cè)過程中土壤汞的甲基化過程,MeHg的檢出限可達(dá)到pg級(jí)別[4-5].天津污灌區(qū)是我國北方最大的污灌區(qū),也是汞污染的重災(zāi)區(qū).2005年對(duì)天津污灌區(qū)內(nèi)水田和菜田土壤樣品的采樣調(diào)查顯示[6],灌區(qū)內(nèi)土壤-作物系統(tǒng)中汞的污染等級(jí)達(dá)到了重度污染,部分農(nóng)作物中汞的質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)超國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn).2012年的調(diào)查結(jié)果顯示[7],天津污灌區(qū)內(nèi)采樣的22個(gè)蔬菜樣品100%都受到Hg污染,且都處于重污染的情況.本研究以受鹽漬化和重金屬汞雙重脅迫的天津污灌區(qū)土壤為研究對(duì)象,將汞同位素示蹤劑199Hg2+加入不同鹽分和鹽度的鹽漬化土壤中,利用多重標(biāo)記穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù),研究鹽分脅迫土壤中汞的甲基化特征,為污灌區(qū)汞污染防治及鹽漬化土壤的有效管理提供理論支撐.

1 材料與方法

1.1 供試土壤

土壤樣品采集自天津市郊東北方向李明莊的菜地表層潮土(0~20cm).該菜地距離天津三大排污河之一的北(塘)排污河約400m,污灌歷史超過20a,屬于間歇性清污混灌區(qū),污灌口位于菜地的西南角.土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干后過2mm尼龍篩冷凍儲(chǔ)存,基本理化性質(zhì)分析參照中國土壤學(xué)會(huì)提供的分析方法[8],其中:pH值為8.03,CaCO3含量為1.03g/kg,有機(jī)質(zhì)含量為12.43g/kg,CEC為16.27cmol/kg,游離鐵含量為8.71g/kg,無定形鐵含量為0.88g/kg,黏粒(<0.002mm)含量為191.05g/kg.受長期污灌的影響,供試土壤的Hg含量(0.601mg/kg)顯著高于區(qū)域土壤Hg背景含量(0.073mg/kg),但未超過土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(pH > 7.5為1.0mg/kg,GB 15618-1995[9]).鹽分總量為0.875g/kg(低于0.1%),按照鹽土重量比劃分標(biāo)準(zhǔn)[8],尚不屬于鹽漬化土壤.

1.2 鹽漬化土壤制備

根據(jù)調(diào)查資料,天津污灌區(qū)內(nèi)由于污灌帶來的土壤鹽漬化,陽離子以Na+為主,陰離子以Cl-和SO42-為主[10],因此本研究考察的鹽分種類為NaCl和Na2SO4.設(shè)置的鹽度梯度為7個(gè)(按鹽分種類單一添加),添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為0%(CK)、0.2%、0.4%、0.6%、1%、2%和5%.稱取供試土壤200g,按照上述處理在土壤中分別添加對(duì)應(yīng)鹽分溶液,充分混勻在室溫下穩(wěn)定180d,自然風(fēng)干后過篩儲(chǔ)藏,設(shè)置3次重復(fù).制備結(jié)束后,采用IonPac AS11-HC分析柱及30mmol/L氫氧化鉀溶液分離Cl-及SO42-,測(cè)定鹽處理后土壤樣品中Cl-和SO42-含量(Dionex ICS-3000型離子色譜儀),結(jié)果見表1.

表1 不同鹽處理后土壤中Cl-或SO42-含量(g/kg)

1.3 穩(wěn)定富集同位素試劑

濃縮穩(wěn)定同位素示蹤劑使用美國劍橋同位素實(shí)驗(yàn)室公司生產(chǎn)的199HgO和201HgO.示蹤劑199Hg(NO3)2和CH3201HgCl分別使用對(duì)應(yīng)的無機(jī)氧化汞制備,示蹤劑的精確濃度由反同位素稀釋分析法測(cè)定.

1.4 培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)及甲基化/去甲基化速率計(jì)算

先將制備好的鹽漬化土壤200g放置在聚四氟乙烯燒杯中并保持一段時(shí)間淹水狀態(tài),測(cè)定土壤中總汞及MeHg含量,再加入定量示蹤劑199Hg(NO3)2(土壤背景含量的80%),充分混勻后置于伊孚森恒溫恒濕培養(yǎng)箱中(溫度為25℃,濕度為75%),水分條件設(shè)置為干濕交替,在第1,2, 3,4,5,6,7,14,21,28,35d連續(xù)取樣.取樣后在樣品中加入內(nèi)標(biāo)示蹤劑CH3201HgCl(土壤背景含量的80%),均勻混合后采用KBr-H2SO4- CuSO4浸提,CH2Cl2萃取,氮?dú)獯迪礃颖据腿∥锓摧腿?再經(jīng)NaBPh4乙基化反應(yīng)生成揮發(fā)性的甲基乙基汞,由氮?dú)獯祾卟都赥enax采樣管,使用GC/ICP- MS(Agilent 6890與Agilent 7500ce通過Agilent GC-ICP-MS type接口連接)測(cè)定MeHg含量,根據(jù)生成的CH3199Hg+速度計(jì)算鹽漬化環(huán)境中汞的甲基化速率.主要操作程序見圖1.

圖1 穩(wěn)定同位素標(biāo)記示蹤技術(shù)測(cè)定汞甲基化的路線

2 結(jié)果

2.1 不同鹽度鹽分處理下土壤CH3199Hg+含量變化趨勢(shì)

NaCl處理下土壤MeHg含量隨培養(yǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì)見圖2.在未添加NaCl的對(duì)照土壤中,CH3199Hg+含量在第1d為0.498μg/kg,僅占添加外源199Hg+的0.104%,到第3d,上升到0.641μg/ kg(占添加外源199Hg+的0.134%,以下同為占添加外源19Hg+的比例),而后基本保持穩(wěn)定,第35d的含量為0.654μg/kg.添加NaCl后, CH3199Hg+含量發(fā)生顯著變化.0.2% NaCl處理下,CH3199Hg+含量在第1d為1.151μg/kg,比例為0.242%,在培養(yǎng)結(jié)束時(shí),含量上升為1.869μg/kg,比例為0.393%,是同期對(duì)照的2.86倍;0.4% NaCl處理下,CH3199Hg+含量在第1d為1.350μg/kg,比例為0.284%,在培養(yǎng)結(jié)束時(shí),含量為3.576μg/kg,比例為0.752%,是同期對(duì)照的5.47倍;0.6% NaCl處理下,CH3199Hg+含量在第1d為0.899μg/kg,比例為0.189%,在培養(yǎng)結(jié)束時(shí),含量為2.62μgkg,比例為0.551%,是同期對(duì)照的4倍.1% NaCl處理下,CH3199Hg+含量在第1d為0.747μg/kg,比例為0.157%,在培養(yǎng)結(jié)束時(shí),含量為0.909μg/kg,比例為0.191%,與同期對(duì)照無顯著性差別(<0.05,下同);2% NaCl處理下,CH3199Hg+含量在第1d為0.623μg/kg,比例為0.131%,在培養(yǎng)結(jié)束時(shí),含量為0.902μg/kg,比例為0.189%,與同期對(duì)照無顯著性差別;5%處理下,CH3199Hg+含量基本保持穩(wěn)定,在第1d為0.413μg/kg,比例為0.082%,在培養(yǎng)結(jié)束時(shí),含量為0.435μg/kg,比例為0.093%.可以看出,與對(duì)照相比,5% NaCl處理會(huì)抑制外源汞加入土壤后MeHg的生成,1%和2%鹽度下MeHg的生成量與對(duì)照較為接近.鹽度0.2%~ 0.6%有利于MeHg的生成,其中0.4%鹽度下MeHg的生成量最高.

圖2 不同NaCl鹽度梯度下土壤CH3199Hg+含量變化趨勢(shì)

圖3 不同Na2SO4鹽度梯度下土壤CH3199Hg+含量變化趨勢(shì)

Na2SO4處理下土壤MeHg含量隨培養(yǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì)見圖3.0.2% Na2SO4處理下, CH3199Hg+含量在第1d為0.561μg/kg,比例為0.118%,在培養(yǎng)結(jié)束時(shí),含量為0.702μg/kg,比例為0.147%,與同期對(duì)照無顯著性差別.其他鹽度處理下,CH3199Hg+含量在培養(yǎng)期間基本保持穩(wěn)定,無明顯上升或下降趨勢(shì),各時(shí)期含量均顯著低于同期對(duì)照,且各鹽度之間的含量無顯著性差別.可以看出,當(dāng)土壤中Na2SO4鹽度水平超過0.2%時(shí),會(huì)顯著抑制外源汞加入土壤后MeHg的生成.

2.2 對(duì)外源汞甲基化的動(dòng)力學(xué)模型擬合

培養(yǎng)期間,土壤CH3199Hg+含量變化的總體趨勢(shì)呈現(xiàn)型曲線變化(圖2和圖3),表現(xiàn)出遲緩階段-最大速率階段-穩(wěn)定階段,這與Logistic生長曲線相符合.利用Origin 8.6SR2 對(duì)MeHg生成過程進(jìn)行Logistic動(dòng)力學(xué)方程擬合,結(jié)果表明,曲線擬合度較好,有較高的決定系數(shù)2和較小的標(biāo)準(zhǔn)誤SE

Logistic動(dòng)力學(xué)模型[11]為:

式中:為時(shí)間對(duì)應(yīng)的CH3199Hg+含量,μg/kg;為的極限值,即最大生成量,μg/kg;為模型參數(shù);為反應(yīng)的速率常數(shù),即CH3199Hg+的產(chǎn)生(汞甲基化)速率常數(shù).通過曲線回歸得到;為培養(yǎng)時(shí)間,d.由模型擬合的各參數(shù)見表2.可以看出,決定系數(shù)為0.874~0.981,達(dá)到極顯著水平(<0.01).

可以看出,外源199Hg2+在對(duì)照土壤中最大MeHg(CH3199Hg+)生成量為0.698μg/kg,1%、2% NaCl處理和0.2% Na2SO4處理的最大MeHg生成量與對(duì)照較為接近,分別為0.888,0.846, 0.792μg/kg,0.2%、0.4%和0.6% NaCl處理下最大MeHg生成量與對(duì)照相比顯著提高,達(dá)到了1.882,3.589,2.497μg/kg,0.4% NaCl處理的最大MeHg生成量超過對(duì)照的5倍.

對(duì)公式(1)進(jìn)行求導(dǎo),可以得到甲基化速率[μg/(kg·d)]:

對(duì)公示(2)求極值,可得最大甲基化速率max[μg/(kg·d)]

表2 Logistic動(dòng)力學(xué)模型擬合參數(shù)及統(tǒng)計(jì)特征值

最大甲基化速率max擬合值見表2.可以看出,各處理的最大甲基化速率與最大生成量的排序基本一致.對(duì)照土壤(CK)的最大汞甲基化速率為0.217μg/(kg·d),1%、2% NaCl處理和0.2% Na2SO4處理的最大汞甲基化速率與對(duì)照比較接近,分別為0.203,0.198,0.195μg/(kg·d),0.2%、0.4%和0.6% NaCl處理下最大汞甲基化速率與對(duì)照相比顯著提高,達(dá)到了0.276,0.415,0.252μg/ (kg·d),0.4% NaCl處理的最大汞甲基化速率約為對(duì)照的2倍.

3 討論

從1969年發(fā)現(xiàn)微生物能使汞甲基化以來,對(duì)環(huán)境體系中汞的甲基化機(jī)制還了解的很少,目前比較主流的觀點(diǎn)是MeHg主要由微生物甲基化產(chǎn)生,但近年來發(fā)現(xiàn)非微生物甲基化作用也廣泛存在.從本研究的測(cè)定結(jié)果來看,土壤體系中汞的甲基化與去甲基化作用是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程,利用汞穩(wěn)定同位素示蹤劑,結(jié)合GC-ICP-MS,可以將外源汞的甲基化過程從環(huán)境的復(fù)雜綜合反應(yīng)體系中剖離出來,顯示出強(qiáng)大的功能和作用,測(cè)試精度高,是定量化研究汞甲基化的有力手段,有廣闊的應(yīng)用前景.

已有研究證實(shí)鹽度是影響海洋和河口沉積物中汞甲基化的重要因素,但這方面的文獻(xiàn)并不多.本研究中,NaCl處理下,隨著鹽度的增長,汞甲基化程度總體呈現(xiàn)先增長后降低的趨勢(shì).鹽度在0.2%~0.6%時(shí),外源Hg進(jìn)入土壤后MeHg的生成量和甲基化速率與對(duì)照相比顯著提高,其中0.4%鹽度下汞甲基化程度最高;鹽度在1%~2%時(shí)汞甲基化程度與對(duì)照較為接近,高鹽度(5%)對(duì)汞甲基化有明顯的抑制作用.這可能與Cl-與Hg(II)之間的絡(luò)合作用有關(guān).已有研究表明,Cl-對(duì)于Hg(II)而言是最易移動(dòng)和最常見的結(jié)合劑[12].當(dāng)NaCl鹽度較低時(shí),Cl-與Hg(II)之間存在強(qiáng)烈的絡(luò)合作用,可形成HgCl3-和HgCl42-等多種負(fù)性絡(luò)合離子,使得帶負(fù)電荷的腐殖物質(zhì)和粘土礦物膠體對(duì)汞的專性吸附作用顯著降低,進(jìn)而使土壤對(duì)Hg(II)的固持量及吸附速率迅速下降[12-14], Hg在土壤中的移動(dòng)性及活性增強(qiáng),增加了汞甲基化的供應(yīng)量,甲基化率上升;但當(dāng)鹽度進(jìn)一步提高后,微生物可能通過溶液體系中滲透壓變化而影響其物質(zhì)運(yùn)輸過程,引起細(xì)胞質(zhì)壁分離,造成細(xì)胞死亡或活性下降,從而降低汞甲基化程度[15-16].這一結(jié)果表明,一定濃度下NaCl環(huán)境可能會(huì)有利于汞的甲基化,土壤鹽漬化趨勢(shì)或用含NaCl的污水灌溉作物可能會(huì)提高汞的甲基化風(fēng)險(xiǎn).本研究的結(jié)果與之前關(guān)于鹽度對(duì)沉積物中汞甲基化影響的研究相一致,Compeau等[17]研究表明,在還原條件下,0.4%鹽度下沉積物中汞甲基化程度較高,高鹽度(2.5%)會(huì)抑制汞的甲基化,且高鹽度環(huán)境下生成的MeHg不穩(wěn)定,容易發(fā)生去甲基化.陳效等[18]試驗(yàn)結(jié)果顯示,0.7%鹽度條件下汞甲基化程度較高,3.5%鹽度水平下汞的甲基化幾乎完全被抑制.Blum等[19]發(fā)現(xiàn),鹽度高(3%)時(shí)的甲基化速率只有鹽度低時(shí)(0.1%)的40%,且高鹽度對(duì)于汞甲基化的限制主要體現(xiàn)在還原環(huán)境中.但Compeau等[20]對(duì)海水中汞甲基化的研究中,在海水中添加Cl-會(huì)顯著降低汞甲基化程度(添加量為0.01~0.5mol/L).由于生態(tài)系統(tǒng)中的汞甲基化是一個(gè)受諸多因素影響的復(fù)雜過程,各環(huán)境因子間的相互作用、一個(gè)環(huán)境因子對(duì)甲基化的影響在不同環(huán)境中表現(xiàn)可能并不一樣,每個(gè)生態(tài)系統(tǒng)都具有獨(dú)特的環(huán)境因子組合,不同的研究可能得到相反的結(jié)論,因此需要開展更為系統(tǒng)深入的研究.

添加Na2SO4處理總體上使土壤汞甲基化率降低,這可能與淹水環(huán)境下土壤甲基化微生物在還原硫酸鹽的過程中產(chǎn)生了大量難溶于水的硫化物,降低了汞甲基化的供應(yīng)量有關(guān)[21-22]. Compeau等[17]的研究結(jié)果與本研究相一致,在Eh-220mV條件下,加入SO42-使鹽沼沉積物中HgCl2甲基化比例大幅度下降.但也有硫(酸鹽)沉降促使土壤中MeHg含量增加的報(bào)道,Jeremiason等[23]發(fā)現(xiàn),在濕地噴淋硫酸鹽后(5月),與未施硫酸鹽的控制區(qū)相比,土壤MeHg水平升高,顯示硫刺激了某些微生物,使其在呼吸時(shí)將其他形式的汞轉(zhuǎn)化為MeHg.但是在7月和9月的試驗(yàn)中,噴淋硫酸鹽后,濕地MeHg并沒有顯著增加,甚至低于檢測(cè)下限.這2次的試驗(yàn)與5月的試驗(yàn)不同在于,他們?cè)谑┯旰笤跍y(cè)量前等了1d,說明加入硫酸鹽的時(shí)間長短也是影響汞甲基化的重要因素.考慮到本研究中土壤加入硫酸鹽后老化時(shí)間超過90d,Jeremiason等的研究結(jié)果與本研究相比并不矛盾.

4 結(jié)論

4.1 利用汞穩(wěn)定同位素示蹤劑,結(jié)合GC-ICP- MS,可以將外源汞的甲基化過程從環(huán)境的復(fù)雜綜合反應(yīng)體系中剖離出來,是比傳統(tǒng)含量測(cè)定更為直觀和精確的分析手段.

4.2 外源汞加入土壤后,在培養(yǎng)期間,土壤MeHg含量總體呈型變化趨勢(shì),表現(xiàn)出遲緩-最大速率-穩(wěn)定3個(gè)階段,用Logistic方程可以理想的擬合鹽處理下外源汞添加入土壤后生成MeHg的動(dòng)力學(xué)過程.

4.3 NaCl處理下,隨著鹽度的增長,汞甲基化程度總體呈現(xiàn)先增長后降低的趨勢(shì).0.2%~0.6%鹽度下,外源Hg進(jìn)入土壤后MeHg的生成量和甲基化速率與對(duì)照相比顯著提高,其中0.4%鹽度下汞甲基化程度最高,鹽度在1%~2%時(shí)汞甲基化程度與對(duì)照比較接近,高鹽度(5%)對(duì)汞甲基化有明顯的抑制作用.Na2SO4處理下,當(dāng)鹽度水平超過0.2%時(shí),會(huì)顯著抑制外源汞加入土壤后MeHg的生成.

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Investigating effect of salinity on methylation of exogenous mercury of soil in wastewater-irrigated area by labeling with stable isotopically enriched tracers.

ZHENG Shun-an1,2,3, ZHOU Wei1, XUE Ying-hao1, XI Bin1, HUANG Hong-kun1, DUAN Qing-hong1, ZHENG Xiang-qun2*

(1.Rural Energy & Environment Agency, Ministry of Agriculture, Beijing 100125, China；2.Agro-Environmental Protection Institute, Ministry of Agriculture, Tianjin 300191, China；3.Key Laboratory of Technologies and Models for Cyclic Utilization from Agricultural Resources，Ministry of Agriculture, Beijing 100125, China)., 2017,37(11)：4195~4201

This study is designed to pinpoint the effect of salinity (NaCl and Na2SO4, add at salinity levels of 0%~5%, respectively) on methylation of exogenous Hg (II) in wastewater-irrigated areas of Tianjin City. Solutions containing stable isotope tracers of199Hg2+were spiked into the soils at the concentrations of 80% of the total soil mercury. The formation of CH3199Hg+(MeHg) was measured in time series experiments using gas chromatographic separation and isotope-specific detection by inductively coupled plasma mass spectrometry. The results manifested that, generally, changes in concentrations of CH3199Hg+in soil with incubation time were similar in direction and pathways, and three regions (retarded-sharp-stable) could be distinguished. Logistic equation can well fitted kinetic experimental data of concentrations of CH3199Hg+formed during the incubation time. According to Logistic model, the maximum amount of formed MeHg of control soil (without salinity addition) was 0.698μg/kg, while the maximum methylation rate of exogenous Hg was 0.217μg/(kg·d). In NaCl spiked soils, methylation rate of exogenous Hg increased first and then decreased with the increasing salinity level of NaCl. It found that the maximal amount of formed MeHg and the methylation rate of exogenous Hg were significantly higher in 0.2%~0.6% NaCl spiked soils by comparison with control soil. The highest amounts of them were in 0.4% NaCl soil, which accounted for 3.589μg/kg and 0.415μg/(kg·d), respectively. The maximal amount of formed MeHg over incubation time and the methylation rate of exogenous Hg in 1%~2% NaCl spiked soils were close to them in control soil. It also found that high salinity level of NaCl (5%) inhibited the methylation of exogenous Hg. In Na2SO4spiked soils, salinity (>0.2%) constrained the availability of mercury for methylation. The results of these studies demonstrated higher MeHg production potentials in comparatively lower salinity environments, which may enhance Hg bioavailability in the soil and cause a hazard to human body through the food chain.

wastewater irrigated area；mercury；isotopic labeling；methylation；NaCl；Na2SO4

X53

A

1000-6923(2017)11-4195-07

鄭順安(1981-),男,安徽合肥人,副研究員,博士,從事耕地污染防治、產(chǎn)地環(huán)境調(diào)查監(jiān)測(cè)等研究.發(fā)表論文30余篇.

2017-05-01

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41203084,41371463);國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2015zx07103-007);國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFD0201306,2016YFD0201200,2017YFD0801401)

* 責(zé)任作者, 研究員, xqzheng_aepi@163.com