贵阳市百花水库沉积物中汞的形态分布、甲基化与生物积累研究

贵阳市百花水库沉积物中汞的形态分布、甲基化与生物积累研究

项目性质：院重大国际合作项目

中方负责人：中国科学院地球化学研究所冯新斌研究员

瑞方负责人：瑞士F.-A. Fore研究所Janusz Dominik教授

项目起止年限： 2009年01月至2011年12月

汞在自然界以不同物理化学形态存在。工业革命以来，因大气沉降、径流输入和不断增加的人为活动导致的汞排放，使水环境中汞含量不断升高。输入环境的汞主要是二价无机汞（Hg²⁺），这些二价汞在水生生态系统中被转化为毒性最强的甲基汞（MeHg）。甲基汞是一种强神经毒素，它可以经食物链逐步积累和生物放大。人类通过摄食鱼类等水产品可能产生多种不利的健康影响。因此，汞在食物链中的生物积累研究是十分重要的。

水库是一个独特的生态系统，水库的修建极大的改变了原河流水生生态系统中汞的循环模式，增加了人体汞甲基汞的暴露风险。水库鱼体甲基汞的积累也因此成为一个越来越受人们关注的热点问题。然而,与天然水体（如：湖泊）相比，对于水库中汞的研究相对薄弱，且主要集中在汞的归宿、传输和生物积累几个方面。研究发现，新水库的修建可以增加甲基汞的产量，从而增加了鱼体中汞积累，且鱼体汞的含量可能在几十年内保持较高水平。Montgomery 等 (2000) 报导水库中的溶解态汞比相邻湖泊中的溶解态汞含量高四倍。在对底栖无脊椎动物的研究中，Tremblay 和 Lucotte (1997) 也发现水库中无脊椎动物体内的汞高于天然湖泊。接近水－沉积物界面的沉积物的生物活性层是甲基汞形成的主要场所，但到目前为止，水库中汞循环和甲基汞在食物链中的积累机理还认识不清，因此，沉积物及其与水体界面中汞的甲基化/脱甲基化过程及在水生食物链中的迁移规律的研究非常重要。

中方负责人冯新斌研究员领导的课题组长期从事汞的环境地球化学的研究，已开展了大量有关湖泊、水库等水生生态系统中汞的地球化学研究工作，建立了与国际水平同步的环境样品中痕量无机汞、甲基汞的分析方法，可以准确分析水、沉积物和生物样品中不同形态汞的含量。课题组在沉积物、水样、生物样品总汞和甲基汞的分析方面达到了国际先进水平，但课题组对水生生物对甲基汞的积累机理方面的研究是弱项。而瑞士合作方Dominik教授领导的课题组在人类对水环境的影响、湖沼学、生态毒理学、（放射性）地球化学、沉积学和沉积物定年等领域具有雄厚的研究积累。在沉积物汞污染方面的研究方面，建立了一整套完善的研究汞对底栖生物暴露的动力学过程研究的沉积物-水界面研究系统。他们建立的沉积物-水界面研究系统（SWISS 1.0，Ferrari et al., 2008）可以用于研究水库底栖微生物对沉积物中甲基汞积累和富集及甲基汞在水生食物链中的生物富集和生物放大的机理研究。

本项目选择的研究区域百花湖，位于贵阳市郊区。由于受到如贵州有机化工厂的直接排汞和其它工业生产及城市发展的影响，百花水库汞污染非常严重。目前，对百花水库的研究主要集中在水气界面溶解气态汞的交换方面（Feng et al., 2004），对水体、沉积物、生物样品中汞的含量水平也已经做过一些初步研究，但是对沉积物中汞的甲基化和去甲基化过程及底栖生物甲基汞积累机理方面的研究相对薄弱。为了进一步认识水库甲基汞的循环演化规律，本项中-瑞国际重大合作项目拟在查明水库中汞的甲基化和脱甲基化过程控制因素的基础上，明确百花水库底栖生物的甲基汞积累机制。研究成果为治理百花水库汞污染提供重要的理论依据，同时将极大地提高我们对水库生态系统汞的生物地球化学演化规律的认识水平。

本项目分为两个阶段进行，第一阶段的预期目标是：通过对沉积物汞的甲基化和去甲化速率的测定，确定百花水库沉积物汞的甲基化的具体位置，并确定控制水库沉积物汞甲基化的因素；根据第一阶段的研究结果，筛选出适合的底栖生物种，进行第二阶段的深入研究，确定在实验室和野外条件下总汞和甲基汞在底栖无脊椎动物体内积累的动力学，确定环境因素对底栖生物积累汞的影响，估算沉积物/水界面生物和非生物诱因的汞交换通量。

通过该项目的合作，中方能向瑞方学习汞对底栖生物暴露的动力学过程的研究方法；瑞方能从中方学习研究沉积物汞的甲基化和去甲基化过程的研究方法。双方的合作将通过多学科交叉，更好的理解和解释水库水生生态系统中汞的生物地球化学循环机理。同时，双方合作有利于培养中－瑞两方的青年科技人员。