黄河中游梯级水库汞环境化学行为的比较研究

汞的甲基化使得其毒性和生物可利用性大为提高。作为一类典型的汞敏感生态系统，水库的兴建和运行往往伴随着鱼体内甲基汞浓度的升高，进而增加人类和其它生物体内甲基汞蓄积的风险。国内对该领域的研究较少，且主要集中于长江流域和西南地区，对以高泥沙含量为特征的黄河流域水库汞的研究则基本处于空白状态。本研究拟利用新开发的基于水相苯基化衍生－气相色谱与原子荧光或电感耦合等离子体质谱联用的有机汞形态分析方法，结合汞稳定同位素示踪技术，以黄河中游兴建于不同时期的三门峡和小浪底水库为研究区域，对比研究汞的赋存形态、污染现状、生物富集和甲基化机理，以及水库不同的运行历史和小浪底水库独特的调水调沙运行方式对汞的环境化学行为的影响。项目的开展有助于加深对汞在典型水库生态系统中迁移和甲基化过程及机理的理解和认识，为控制汞的环境污染和降低由汞诱发的生态和健康风险提供科学依据。

国外研究发现，水库的兴建和运行往往会促进库区无机汞的甲基化和甲基汞的生物富集，表现为鱼体内甲基汞浓度的升高。国内对该领域的研究结果则与国外有所差异，比如对于贵州地区的湖泊和水库的研究发现，这些水域鱼体内的甲基汞含量和甲基汞占总汞的比例均远低于国外类似水体。有鉴于此，本研究以黄河中游兴建于不同时期的三门峡和小浪底水库为研究区域，系统采集了水、沉积物和鱼类样品，测定了其中的总汞、甲基汞含量。研究发现，小浪底和三门峡水库水中总汞含量分别为0.59-3.30 ng/L和3.14-5.53 ng/L之间，甲基汞含量占总汞含量的1-3%。与其他水体相比，这两个水库水中总汞和甲基汞含量处于较低水平。小浪底和三门峡水库沉积物中，总汞含量分别为51.74-172.52 ng/g和47.0-167.2 ng/g，甲基汞含量分别为0.09-0.39 ng/g和0.27-0.52 ng/g，二者均低于贵州地区水库沉积物的汞含量。小浪底和三门峡水库均属于河道型水库，水流速度较快，上下水层混合良好，未出现分层现象，水库底部也处于溶解氧饱和状态，沉积物有机质含量仅为1%左右，这些条件均不利于汞的甲基化过程。小浪底水库鱼体肌肉组织中总汞和甲基汞含量分别为30.5-305.0 ng/g和13.6-265.2 ng/g，三门峡水库鱼体肌肉中总汞和甲基汞含量分别为48.5-1571 ng/g和44.7-1541 ng/g。两个水库鱼体甲基汞与总汞含量呈现显著的正相关性，甲基汞占总汞的比例在70 - 90%左右。两个水库鱼体肌肉组织中总汞和甲基汞含量均和鱼的食性相关，呈现肉食性鱼汞含量最高、杂食性鱼次之、植食性鱼最低的趋势。在所研究的鱼类中，仅有鳙鱼肌肉汞含量与鱼体尺寸显著正相关，其他鱼类则无此相关关系。两个水库鱼体汞含量以及甲基汞占总汞的比例均与国外相关研究的数据相似。水体低汞而鱼体高汞的现象，使得开展汞甲基化和生物富集的稳定同位素研究十分必要。