汞(Hg)作为常温下唯一呈液态的有毒重金属,易挥发且能通过大气进行远距离运输,是一种持久性全球污染物,因此它在生态系统中的归趋及环境化学行为成为环境领域的研究热点问题之一。在水生生态系统中,汞不仅容易通过活化来增加其迁移性和生物可利用性,同时也能通过甲基化形成具有神经毒性的甲基汞(MeHg)并在水生生物(如鱼)体内富集。新建水库是典型的汞敏感生态区,具有“汞活化效应”。三峡水库作为目前世界最大的新建水库,汞的环境化学问题值得关注,其中一个值得关注的焦点是,由于其具有特殊的调度方式,使其库区周围形成了具有周期性淹水与退水特点的巨大消落带。在消落带土壤进行干湿交替的同时,所生长的植物也呈现出生长-淹没分解-再生长的更新循环,在这个过程中植被会因环境因子的胁迫而向周围土壤分泌大量的有机物,当这些分泌物(包含大量的低分子量有机酸)达到一定浓度后势必会影响土壤中汞的活化和甲基化。为此,本研究以三峡库区消落带为研究对象,在调查消落带土壤(底泥)出露期植被类型、生物量及其汞含量的基础上,通过室内模拟试验,分析了根系分泌物的主要成分(三种低分子量有机酸,包括柠檬酸、草酸、酒石酸)在不同试验条件下(有机酸浓度、培养时间)对库区土壤汞活化的影响,并将一部分从三峡库区采集的土壤进行灭菌处理,探讨在有氧和无氧环境下原土和灭菌土中甲基汞的变化特征,分析影响土壤汞甲基化的因素。以期为三峡水库消落带植被中汞及甲基汞的迁移转化研究提供科学依据,也为深入了解三峡水库中Hg的生物地球化学循环和生态环境保护提供基础数据。研究结果如下:1.低分子量有机酸对消落带土壤中汞活化的影响(1)低分子量有机酸能够促进三峡库区土壤汞的解吸,在低浓度有机酸下(柠檬酸为1mmol·L-1;草酸和酒石酸为1mmol·L-1和2mmol·L-1)浸提液中总汞(THg)和活性汞(RHg)含量都随着浸提时间的增加而增加,其余较高浓度条件下两者均是先增加后减少,且出现最高值的时间随有机酸浓度的升高而减少。而溶解态汞(DHg)在浸提5min后已大致全部溶出,之后基本维持在15ng·L-1左右,其最大溶出量不受有机酸种类和浓度的影响。(2)有机酸浸提土壤后络合汞的量(A)与对应THg含量显著正相关,其随有机酸浓度及振荡时间的变化趋势与THg的一致。增加低分子量有机酸的浓度能够促进土壤中汞的活化,且有机酸对土壤汞的最大络合量随着有机酸浓度的增加先上升而后趋于平稳,其中柠檬酸、草酸以及酒石酸络合汞的量开始接近或出现最大值的浓度分别为5mmol·L-1、6mmol·L-1、6mmol·L-1,最大汞络合量分别在62ng·L-1、58ng·L-1、52ng·L-1左右,各自占供试土壤总汞的2.73%、2.57%、2.31%,活化能力表现为柠檬酸>草酸>酒石酸。(3)有机酸络合土壤汞的量随浸提时间的变化曲线可分为两个阶段,上升阶段均能很好的用Elovich方程拟合,且上升速率基本随有机酸浓度的增加而变快;下降阶段均符合二级动力学的变化特征,但其反应速率常数的变化很小或基本保持不变。草酸和酒石酸组对土壤汞的吸附解吸具有类似的影响效果,而与柠檬酸的作用则有所区别。2.低分子量有机酸对消落带土壤中汞甲基化的影响(1)低分子量有机酸对三峡库区消落带土壤中无机汞向甲基汞的转化过程有明显促进作用,且其效果在一定培养时段内随着培养时间的延长而愈加显著。适当提高有机酸浓度能在一定程度上促进土壤汞的甲基化,三种有机酸对土壤汞甲基化的促进能力具体表现为柠檬酸>酒石酸≈草酸,而实验中混合酸的效果与8mmol·L-1柠檬酸接近。(2)培养条件(氧气和微生物)的改变能影响有机酸促进土壤汞甲基化的效果。有菌土中汞的甲基化反应在无氧环境下更为显著,而有氧环境对于无菌土中无机汞转化为甲基汞更为有利。在用有机酸培养的过程中,有菌土中MeHg含量的增加量与无菌土相比较大,微生物在消落带土壤汞的甲基化反应中起主要作用。此外,土壤中出现最大MeHg含量的时间与有机酸浓度没有显著关系,而与有机酸种类、氧含量及土壤细菌含量有关。(3)各个处理下的汞最大净甲基化率(F)中最高值为2.718%,出现在无氧环境下用8mmol·L-1柠檬酸培养有菌土的过程中。用不同种类和浓度的有机酸分别在有氧条件下处理有菌土以及在无氧环境中培养无菌土后得到的F值之间均无明显波动。土壤汞的甲基化途径有多种并同时存在,其主导途径随培养条件的变化而不同。