矿区锑形态的XAFS表征

重金属锑的形态决定其在环境中的活性、生物毒性以及生物有效性。重金属形态研究是生态毒理学和环境毒理学的前沿研究领域，重金属形态分析对于开展重金属污染的生态与健康风险评价及重金属污染修复均具重要的理论与现实意义。本项目选择我国典型含锑矿区，系统采集土壤、粉尘、沉积物和植（作）物、人发、猪肉、鱼等样品，利用上海同步辐射光源研究不同介质、不同环境与生物介质、不同含量条件下锑形态的XAFS表征方法，建立一套行之有效的矿区锑形态的XAFS表征体系，为开展矿区锑的生物地球化学、生态毒理学、环境毒理学以及锑的生态与健康风险评价与污染修复提供技术支撑。

锑是一种有毒有害的元素，但目前对于锑在环境和生物系统中的存在形态及其生物吸收的关系仍知之甚少。项目建立了土壤和植物锑形态的研究方法，并对锡矿山锑矿区土壤（包括不同粒级）和植物（包括不同组织部位）锑的形态转化特征进行研究。采用XAFS技术结合溶剂萃取HPLC-ICP-MS分析矿区土壤与植物系统中锑的存在形态，在锡矿山植物根际土壤和植物中首次发现甲基锑（TMSb）的存在；非根际土壤未发现TMSb，表明锡矿山植物根际作用有利于土壤甲基锑的形成。锡矿山植物根际锑(1697mg/kg) 显著大于非根际锑含量(597m/kg)，显示高锑区植物凋落物归还所带来的土壤锑富集效应。除少量的TMSb外，锡矿山土壤和植物中主要存在三种锑形态，包括三价无机锑（SbIII）、五价无机锑（SbV）以及另一种SbIII和SbV混合存在的无机锑形态（UnkSb), 其在根际土壤中的平均含量为148, 72, 380和52.3mg/kg, 在非根际土壤中为128, 49，211和nd。锑在土壤各组分中的含量随粒级降低而增加，锑在砂粒、粉粒、粘粒和胶粒中占比分别为9%，16%，26%和49%。土壤各粒级组分中均含有较高的UnkSb，锑在各粒级组分中的占比，以UnkSb最高为33-56%，其次为SbIII，占27-54%，SbV最低，占12-18%。植物只有叶片中存在TMSb，根和茎中未有发现，表明植物对锑的甲基化只存在于地上部位；从根到茎，UnkSb显著减少，SbIII显著增加，指示植物在将锑运输过程中将UnkSb转化为SbIII；从茎到叶，TMSb含量增加，SbIII减少，而UnkSb不变，表明锡矿山植物对锑的甲基化主要藉由SbIII而非其他形态的锑。盆栽实验对比研究锑富集植物白玉凤尾蕨与非锑富集植物印度芥菜对不同形态锑的吸收和转化发现，两种植物根部吸收SbV后最多18%转化为SbIII，但运至地上部后，则有83%转化为SbIII；白玉凤尾蕨可直接吸收和转运约40%的TMSb，而印度芥菜则是将TMSb在根部全部转化为SbIII再转运至地上部。