腐殖酸对汞在土壤中吸附-解吸及非生物甲基化的影响的研究

1、3.1.2 初始 pH 对无机汞在土壤中吸附的影响. 193.1.3 有机质对无机汞在土壤中的吸附的影响 . 203.1.4 无机汞在土壤中的解吸. 213.2 甲基汞在土壤中吸附解吸的研究 . 223.2.1 甲基汞在土壤中的吸附. 223.2.2 初始 pH 对甲基汞吸附的影响 . 233.2.3 甲基汞在土壤中的解吸. 243.3 腐殖酸对汞非生物甲基化的影响研究 . 263.3.1 腐殖酸对汞的还原和非生物甲基化作用 . 263.3.2 初始汞浓度对腐殖酸还原汞和甲基化的影响 . 283.3.3 腐殖酸浓度腐殖酸还原汞和甲基化的影响 . 293.3.4 pH 对腐殖酸还原汞和甲基化的影

2、响 . 293.3.5 温度对腐殖酸还原汞和甲基化的影响. 303.3.6 光照对腐殖酸还原汞和甲基化的影响. 31四 讨论. 33五 结论. 35参考文献. 36致 谢 . 44作者简介. 45V文献综述1 汞的污染现状概述汞是一种毒性很强的非必需的生命元素1。随着人类利用汞的范围越来越广，各种形态的汞以不同的方式被排放到大气、水和土壤环境中，其中包括：含汞垃圾堆积和焚烧、含汞废水的排放以及土壤中含汞的农药和化肥的大量使用等。这就使得大量的汞以不同的形式进入到人类生活的环境中，并对人类的生产和生活造成了严重的影响2。汞通过甲基化作用生成的甲基汞的毒性是无机汞的几百倍，并且对人体造成的危害是不

3、可逆的。它主要是通过食物链积累，并在人体内富集3。1956年日本发生的由汞污染引发的水俣病事件，如同巨雷一样震醒了人类，使人类意识到汞污染问题的警示越来越多，而且已经严重危害了人类的生产生活，于是汞开始作为全球性的环境污染物备受关注2。1.1 大气中的汞污染近年来，由于社会工业化的不断发展，各种燃煤原料的使用量大幅度增加，大气汞污染受到了人们越来越多的重视。大气汞的浓度虽然不高，但会在空气中停留较长的时间，并随风飘散，因此，滞留在空气中的汞对人类的健康和生活仍然是一种不容忽视的威胁4。1.1.1 大气汞的污染来源大气中汞的污染来源包括自然因素和人为因素。自然因素包括火山喷发、汞矿石的开采，以及

4、自然土壤和水体中的汞单质通过挥发进入到大气中的部分4；而人为因素有煤炭的燃烧、垃圾废弃物的燃烧、汽车尾气的排放、含汞废水排放过程中的挥发、以及其它各种使用含汞原料进行生产活动中排放的气态汞等5。有学者统计表明，75%的大气汞来源于人类活动的排放，其中煤炭燃烧中产生的大气汞更是占了60%6。1.1.2 大气汞的形态大多数研究者认为，大气中汞的存在形态主要有颗粒态汞、气态二价汞、和气态单质汞7。这三种形态的汞在大气中不是稳定存在的，当大气环境发生变化时，不同形态汞之间也会发生价态间的转变，但部分大气汞会通过干湿沉降降落到地表和水体中5。为方便研究大气汞不同形态之间的转化和控制大气汞对人类生活的影响

5、，人们研制了许多收集不同形态大气汞的方法，并对其浓度进行测定，如用二氧化锰和高1猛酸钾吸收气态汞，用扩散管法收集颗粒态汞等8。1.2 水体中的汞污染含汞废水对人类生活健康造成的危害早在上世纪五十年代日本水俣病发生时就受到了重视，汞污染水体的主要原因是人类对工业含汞废水的滥排放3。当然，有污染就有治理。目前，针对含汞废水的治理方法已经很成熟，主要是针对工厂废水集中收集，然后采用不同的化学工艺进行集中处理。常用的处理方法包括，沉淀法，电解法，离子交换法，活性炭吸附等等9。这些方法都在处理汞废水方面取得了重大的进展，大大降低了工业废水中汞的含量。1.3 土壤中的汞污染自工业化以来大量的人类活动，造成

6、大量的汞被排放到环境中。大气中部分的气态或颗粒态的汞可通过干湿沉降降落到水体或地表，而水中大部分的汞则会进入底泥8。又因土壤的组成结构非常复杂，汞在土壤中的迁移转化的途径又多种多样，因此，相对水体汞和大气汞污染，土壤污染治理相对更复杂也更困难10。于是土壤汞污染的治理成了许多国内外很多学者的研究重点和热点。1.3.1 土壤汞污染的来源自然释放和人为排放是土壤中汞的主要来来源，自然释放是指矿物风化过程和大气汞的干湿沉降4；人为排放主要是大量的工业活动中生成的含有汞的废水废渣排放到土壤中，当然也包括汞的矿物开采过程中的土壤汞污染5。（1）大气汞的干湿沉降大气中的汞通过干湿沉降进入土壤后，被土壤中的

7、粘土矿物和有机物吸附固定，在土壤表层积累，从而造成土壤汞浓度的升高11。早在1970年时有学者已经开始提出大气汞通过干湿沉降对土壤汞污染做出的贡献是不容忽视的6。到了90年代以后，Manson研究报告中估算了北半球不同纬度大气汞对陆地汞的贡献，他指出在北纬3070范围内，大气汞的沉降量达到0.0158mg /(m2a) 12；由工业废水排放造成的水体汞污染已得到治理，但某些地区的水、沉积物、土壤汞浓度却在不断增加，研究发现这一现象是由大气汞干湿沉降造成的，从而大气汞的干湿沉降引起了学术界的关注13,14。王定勇等的室内模拟实验的方法，研究了大气汞积累在土壤中的汞污染，表明大气中的汞沉积在土壤中

8、，可以被植物吸收并在土壤中转移，也可以直接被土壤吸附积累15。土壤中汞的累积说明大气汞直接通过降落于土壤中，也可通过植物吸收再进入土壤。何锦林等对樊净山自然保护区土壤层的不同部分的测定结果表明，大气汞沉降是造成自然保护区内土壤汞含量较高的主要原因16。2（2） 污水灌溉和污泥灌溉随着城市工业的发展与城市化进程的加快，河水逐渐受到污染，又因水资源日益匾乏，污水灌溉己成为农业灌溉用水的重要组成部分17。工业排放的大量的含汞废水常常被用作农田灌溉，易引起土壤重金属污染。目前，被汞污染的耕地面积3.2104 ha,涉及15个省（市）21个地区18。由于污泥含有许多有机物和营养物质，所以英国、法国、瑞士

9、等都非常受赞同把污泥作为肥料施入田地中这一做法19。污泥可以为作物生长提供所需的营养物质，但一些有毒有害的重金属如Hg，Cd和Pb等却对作物的生长有害14。因此在利用有机物的同时，重金属污染物也随之进入土壤，进而被植物吸收进入体内，并依靠食物链逐级积累，被人类食用后在人体内富集对人类健康造成影响20。（3）含汞废弃物的堆积日光灯、体温计以及电池等废弃物中汞的主要来源，这些垃圾长时间堆积在一起，不断的腐烂，再加上微生物的分解，会将其中含有的汞释放出来，遇到雨水天气，又会分散到水体和土壤当中21。方满等研究者通过对武汉市某些垃圾堆放场的统计研究表明，垃圾中汞的含量高达0.52mgkg-122。这些

10、含汞的废弃物如果不经过某些的安全途径处理而随意堆放，加上长时间微生物的分解作用将汞释放出来，继而会严重污染土壤和水体211.3.2 土壤中汞的形态及危害汞（Hg），又称水银，是唯一在常温下呈液态并易流动的金属23。自然土壤中汞的含量有很大的不同，但一般来说，北方土壤汞含量低，变化范围比较小24；南方土壤中汞浓度高，变化幅度较大。土壤中的汞不易随水流失，但易挥发至大气中25。汞单质、无机汞和有机汞是土壤中汞常见存在的化学形态26。无机汞化合物有硫化汞、氧化汞、氯化汞、硝酸汞、硫酸汞等，有机汞化合物均具有极强的毒性，常见的有CH3Hg、（CH3）2Hg、苯基汞和有机络合汞等27,28。除了氯化汞，

11、硝酸汞和甲基汞等汞的化合物易溶于水，其它大多数的汞的化合物遇水是不易溶解的，因此这些不溶的汞化合物很容易在土壤中被吸附23。各种形态汞的毒性都很大，并且进入人体的途径有多种，如：水溶态的汞可以直接与皮肤接触，而气态的汞则可通过呼吸危害人类健康，也有的汞依靠食物链积累，并在人体内富集21。气态汞的扩散性和脂溶都很强，因此当扩散到肺部时便可可进入肺泡，然后通过血液循环到达人体全身21,29。在有机汞的化合物中，其中挥发性和毒性较大的为甲基汞和带有苯环的有机汞30。与无机汞相比，具有脂溶性的甲基汞更容易被动物吸收31,32。甲基汞进入人体3。后会分布到人体的各个组织器官中，并且甲基汞的对人的神经系统

12、造成的危害是不可挽回的，尤其是人体的中枢神经系统，最终导致人瘫痪21。甲基汞中毒所致脑损伤是至今是无药可救的，并导致死亡或终身患病33。由甲基汞中毒造成的重大污染事件当属1953年发生在日本水误病。如果孕妇体内含有甲基汞，它又可以经胎盘进入到胎儿体内，并且母体内含有的甲基汞越多，胎儿发育所致畸形就会越严重21,34。1.3.3 土壤汞的污染防治目前，治理土壤中重金属汞的污染，常用方法有换土法、施用改良剂法、水洗法、热解析法、生物修复法23,35。其中只有生物修复的方法才能真正的将土壤中的汞去除，并且不会造成二次污染，是以后治理汞污染土壤最有前景的方法之一36。2 土壤中汞的迁移转化土壤既是汞的

13、重要来源，又是汞汇集的主要场所。汞污染的土壤，其功能会因汞的介入而发生变化，其中包括：汞对土壤中生物类型37，种群数量，及其生物活性产生了重要的影响，当然也会在一定程度上改变土壤酶系统等38。另一方面，汞进入土壤后能被土壤固定，长期滞留在土壤中的主要原因是土壤能与汞发生强烈的物理吸附或化学吸附39。因此，研究汞在土壤中的迁移转化的形态及其对土壤造成的影响日益受到关注。汞在土壤中的迁移形式多种多样，包括表面吸附，离子交换吸附等，但通常是多种复杂形式同时或交互发生33。汞在土壤中的物理化学作用，如：土壤与汞的氧化还原、吸附解吸、螯合-络合作用以及甲基化作用是汞在土壤中的发生迁移转化主要途径37。2

14、.1 土壤汞的氧化还原零价、一价、二价（Hg0 Hg+ Hg2+）是土壤中汞存在的三种基本价态形式，土壤中汞的存在价态取决于土壤环境的Eh值和pH值40。各种价态的汞可通过氧化还原相互转化38。旱地土壤的Eh值较高，汞主要以HgC12和Hg(OH)2形态存在40。当H2S存在时，Hg2+会与之发生还原反应，生成难溶的沉淀物HgS后残留于土壤中40。但当 土 壤 中 氧 化 还 原 电 位 较 高 时 ， HgS 又 可 被 氧 缓 慢 地 被 氧 气 氧 化 为 HgSO3 和HgSO423,41。当土壤的Eh和pH处于正常，不因为别的环境因素所改变时，汞又会通过形成汞单质留于土壤中42。因在

15、常温25下汞单质的挥发性很高，所以又可以蒸发到大气中，参与大气的循环。2.2 汞在土壤中的吸附解吸吸附反应是污染物在气-固或液-固两相生态介质中一种常见的反应37。主要是指大气中的污染物和水中的污染物在与土壤界面接触的过程中，污染物由气相，液相向固相迁移的一个过程，使污染物最终在固相中浓度得到升高和积累43。从动力4学层面上来讲，解吸反应可解释为吸附反应的负反应41。发生在金属离子与吸附剂之间的吸附反应是一个动态反应的过程，这表现为一方面当有离子被吸附到载体表面，也会有部分离子从载体表面解吸上解吸，并且当离子被吸附的速率与解吸的速率相等时，吸附剂颗粒物表面的离子的吸附量将保持相对稳定，这现象就

16、称之为为吸附等温平衡44。2.2.1 汞在土壤中的吸附反应类型当外源汞元素进入土壤后，汞会迅速的被土壤颗粒所包围45。又因土壤是极其复杂的多相体系，因此汞在土壤中发生的吸附反应类型也多种多样46。主要的吸附反应包括四种：非专性吸附47、专性吸附48、沉淀反应、有机络合49。2.2.2汞在土壤中吸附的影响因素被土壤吸附的汞的形态不会是一成不变的，它可以被土壤中的激活因子激活，发生形态变化，生成其它形式的汞50。这种形式的变化还会受到土壤颗粒的大小51、土壤pH值52、土壤有机质、交换性复合体的阳离子种类53、阳离子交换量(CEC) 47、氧化还原电位和温度等的影响。丁疆华等人的研究报告中指出土壤

17、中汞的化学行为及效应包括土壤对汞的吸附以及汞在土壤中的甲基化过程，认为影响土壤吸附汞的主要因素为pH值、有机质、Cl-及温度54。（1）pH值土壤的pH值对影响汞在土壤中存在的生物有效性具有重要的影响，土壤溶液pH会影响汞的不同价态的溶解，继而影响Hg2+与土壤H+之间的离子交换55。当土壤溶液的pH较低时比pH较高时对在Hg2+的吸附量要大，并且在pH 3-5范围内，Hg2+的氢氧化物形式的浓度随pH的升高呈指数增加，浓度上升的幅度非常大，再加上Hg(OH)2比HgC12更容易被土壤吸附，所以土壤对汞的吸附量在pH 3-5 范围内随pH升高而增大56。但当pH继续升高时，土壤对Hg2+吸附量

18、却会降低57。这是因为达到一定的pH时，随着pH的升高，OH-浓度增加，Hg2+容易与OH-形成沉淀，使得Hg2+的活度降低，又因Hg(OH)Cl的活性比Hg(OH)2的活性高， 所以土壤颗粒对Hg2+的吸附量也降低58,59（2）有机质荆延德等人的研究认为在酸性土壤中(pH107gg-1时，才能形成Hg(OH)2，而Cl-1对Hg2+而言是最易移动和常见的结合剂，Cl-1对Hg2+有很强的亲和力，因此是影响土壤中Hg2+吸附的一个重要因子60。(4) 温度土壤的本身性质对土壤与汞之间的吸附作用起着重要的作用，除此之外，一些环境因素如温度，气候变化等同样也会对汞的吸附有影响57。罗志刚等人在研

19、究报告中指出不同温度条件下会影响红壤与汞之间的吸附作用力，继而影响吸附量的大小，并且报告中还指出，在一定温度变化范围内土壤与汞的吸附是放热过程63。当温度大于25时，吸附量不再随温度升高而降低。这可能是因为吸附过程从物理过程转化为化学过程的原因64。2.3 土壤中无机和有机配位体与汞的络合-螯合作用汞的迁移转化受汞在土壤中的络合一螯合作用的影响比较明显，如汞化物的溶解度的提高主要是靠汞离子与氢氧根、氯离子之间的络合作用而得到大大提高23。因此，考虑在土壤中添加CaCl2等含有氯离子的盐类来帮助土壤中难容的汞化合物进行溶解，再通过其它的作用来消除土壤难容汞化合物的污染64。并且土壤中的腐殖酸羟基

20、和羧基官能团跟汞有很强的螯合能力和吸附交换能力62。因为土壤中的腐殖酸的含量要大于土壤矿物中腐殖酸的含量，因此，被汞污染的土壤或者土壤矿物对汞的结合能力相比，土壤中对汞的吸附能力要强于土壤矿物，而且土壤腐殖酸与结合后形成的结合态汞化合物的生物活性要比矿物与汞形成的矿物结合态汞的活性要高很多，也更容易被植物体吸收23。2.4 汞的甲基化无机汞离子可以跟土壤中的厌气性微生物，在还原性条件下，可发生甲基化反6应，生成甲基汞或二甲基汞65-68。并且，土壤中汞的非生物甲基化是不能被忽视。Weber认为汞在自然条件下，只要为汞提供甲基供体，如甲基钴胺素、甲基硫、甲基碘等就有可能发生汞化学甲基化反应生成甲

21、基汞66。并且土壤含水量、温度、有机质含量土壤pH以及汞离子的初始浓度等都会影响汞甲基化作用的发生23。汞的甲基化生成的产物甲基汞，不仅使汞的污染毒性增强了几百倍甚至几千倍，更加可怕的是而且有机态的汞与腐殖酸之间的吸附作用要远远小于无机汞，不容易被吸附固定23,68。因此，加强了它通过土壤向大气和水迁移。2.4.1 汞的生物甲基化汞的生物甲基化是指汞在微生物的作用下，由无机态的汞转化为甲基汞，因在自然环境中存在大量的环境微生物，所以存在生物甲基化的方式69。许多研究者认为硫酸盐还原菌类是将无机汞转化为甲基汞的重要微生物菌群，并且生物甲基化的过程包括细胞内反应和细胞外反应，但究竟是哪种机制起到了

22、主要的作用，目前的研究尚未做出结论，但汞的生物甲基化作用一直是汞甲基化的最重要的途径70,71。2.4.2 汞的非生物甲基化汞的非生物甲基化是指在没有微生物存在的情况下，甲基供体将无机汞转变为有机汞的过程69。早期的许多学者认为自然环境中汞的生物甲基化才是产生甲基汞的重要过程67。但目前更多的研究结果表明，汞的非生物甲基化在环境中也是普遍存在（即便在冰冷的北极也有研究发现了甲基汞的存在），并且汞的非生物甲基化作用在汞的生物地球化学循环中担当着重要的角色70。Weber等的研究结果阐明了，在胡敏酸和富叶酸存在的水环境中汞可能与腐殖酸发生非生物甲基化的途径66。Celo的实验结果表明水的pH，环境

23、温度、配位离子的存在等对汞的非生物甲基化产生影响71。只有存在适当的甲基供体（实验中常用的甲基供体有甲基钴胺素、维生素B12等）时，汞的化学甲基化才可能发生。2.4.3 汞在土壤中的非生物甲基化及影响因素许多研究者的研究成果表明，无机汞在不同的环境中，当环境可允许时，无机汞都可以与不同环境中的因子发生甲基化反应，生成有机态的汞67。一般来说，相对较恶劣的环境生成甲基汞的概率会比较低，甚至是几千年才会形成57。但沉积物和土壤因含有的有机质比较丰富，环境更适合，因此在其界面是发生甲基化的最重要的场所，也是众多学者研究的重点72。大多数研究者普遍认为，汞发生甲基化的主要场所在沉积物中。当水体中氧的含

24、量比较低时，沉积物中的甲基汞可能会以扩散到水体中73。汞在土壤中的甲基化过程受很多因素的影响，土壤pH、有机质的含量、氧化还原条件、硫化物浓度等，但目前针对汞在土壤中的非生物甲基化的过程7并不确定66。3 腐殖酸对汞在土壤环境的影响腐殖质(主要成分是腐殖酸)的组成成分比较复杂，是一类在自然状态下地球环境中有机质的主要成分，它不仅分布在土壤固态中，水体环境江河湖海等也都存在着大量的腐殖酸77。土壤腐殖酸是组成土壤有机质的重要部分，其组成含量占土壤有机质总量的70-80%23。腐殖酸可以与多种有机、无机化合物相互作用，这得力于其带有羧基、酚羟基、苯环等多种活性官能团，而且比表面积大，结构复杂，又有

25、高分子量和高稳定性74。因此腐殖酸对土壤与重金属的吸附、络合的及缓冲性、都有较大的影响，并且还能影响土壤本身的结构、性质和质量等75。3.1 腐殖酸的组成18世纪的时候，丘林、伯齐利厄斯等一些国外的学者就已经开始了对腐殖酸的研究工作76，在他们的研究努力下，发现不同腐殖酸的溶解度不同，并且当变化环境时其溶解度又会发生明显的变化，于是他们根据腐殖酸在不同pH下的溶解度不同将腐殖酸分为三类：胡敏酸、富里酸和胡敏素76。胡敏酸、富里酸和胡敏素三种腐殖酸在结构上的差异并不明显，但是它们的分子量大小、各种官能团的组成含量和元素种类含量上的差别却很明显77。小的分子量，较多的极性基团，极强的芳香性是富里酸

26、的结构特点78；而胡敏酸与胡敏素确是所含的极性结构相对较少，但脂肪结构较多，同时分子量也相对偏大，化学活性相对比较稳定77。3.2 腐殖酸的官能团及分子结构腐殖酸的主要官能团有羧基、醇羟基、羟基、羰基、胺基、酚羟基和甲氧基等77,79性，如与金属离子的络合作用、离子交换、表面吸附、缓冲性能等80,81。腐殖酸的分子结构中一般都有芳香结构，苯环上连有其它的化学功能团组成的很多直链或者支链结构，这些分子本身或与苯环之间的相连方式都是通过形成醚或者酯的共价键互相结合，因此造成了腐殖酸成分和结构比较复杂，并不能完全用同一种统分子式结构来表达77,81。腐殖酸同时拥有疏水和亲水基团，主要是因为其拥有具有

27、芳香族的苯环和极性基团。腐殖酸的羧基和羟基等是亲水基团，容易与水形成共价键，这就造成了脂肪烃类C-H键和树脂等腐殖酸的疏水基团脱离水82。最近研究的腐殖酸的三维结构模型显示，氢键的存在表明腐殖酸的结构中一些孔洞83。这些孔洞是固定的低分子无机和有机化合物造成的，并且氢键对腐殖酸的结构构成中起到了重要的作用84。图1是一种腐殖酸可能存在的典型分子基本结构的单元，是二或三羟基酚类型的8。由于腐殖酸含有羧基、羟基等含氧官能团，因此腐殖酸具有胶体所拥有的特芳香环83。图1-1 腐殖酸基本结构单元83Fig 1-1 schematic diagram of humic acids molecule st

28、ructure unit3.3 腐殖酸与汞的相互作用腐殖酸因为在自然状况下是土壤有机质的主要组成部分，并含有多种官能团，于是便享有其天然螯合剂的美称，并能与多种金属离子形成金属-腐殖酸螯合物81。腐殖酸与汞的相互作用的行为，影响汞在生物地球化学中的迁移和转化的途径80。因此，腐植酸与重金属汞间的相互作用日益引起了众多学者的关注84。3.3.1腐殖酸与汞的配位作用水体中DOM的结构复杂多样，但大体上，80%为腐殖质85。汞和其他的重金属一样，通常都和有机质中的酸性基团结合86。水体中重金属的形态会受到无机和有机配位体的影响84。而每种配位体的与金属的结合能力与金属-配位体的结合强度(表示为条件稳

29、定常数)有关87。无机配位体中，包括氢氧化物、氯化物、硫化物对Hg的存在形态都有影响87。在低pH环境或者高Cl-1浓度条件下，HgCl2, (HgCl4)2- 是主要存在形式80。除此之外，S2-以及含硫化合物的存在，有机配体含S基团（例如半胱氨酸、巯基乙酸盐）都会对影响汞的存在形态，并且不同的有机配位体与汞结合的紧密程度也不尽相同88。要衡量Hg-DOM(Hg-HS)的配位稳定系数是十分困难的，因为DOM(HS)结构上的异质性，由于来源不同其具体成分也不尽相同87。有研究报道，Hg-DOM(Hg-HS)的条件稳定系数在1022-1028之间89。这种结合能力与Hg-S的结合类似。而造成稳定

30、差异的原因也是由多方面引起的，如：有机质的组成和结构不一致、试验中分离螯合和自由离子的效率不一致、稳定系数计算方法不一致等85。3.3.2 腐殖酸与汞的还原作用Hg2+转化成Hg0是Hg的全球生物地球化学循环中相当重要的一步89。还原Hg2+9的环境因子有很多，近年来，随着研究的不断深入越来越多的人开始关注腐殖质在Hg2+的还原过程中所起的作用90。腐殖酸中起到主要氧化还原功能的基团的是醌基和半醌基90。Gu等人认为腐殖酸对Hg2+的迁移转化中起着双重作用， Hg2+和HA结合反应，既可发生螯合作用，又可以发生还原反应，并有甲基化作用的发生91。他们的实验结果证明当HA浓度很小(0.2mgL-

31、1)，Hg2+仍然能被HA有效还原91；但是Hg0的还原产生会随着HA浓度的增加而受到抑制92。他们的结论表明腐殖酸还原Hg2+的过程受到土壤氧化还原电位，腐殖酸中SH基团的氧化还原状态，以及Hg/DOM比例的影响91。3.3.3 腐殖酸与汞非生物甲基化作用及其影响因素土壤中含有大量的有腐植酸，它们在汞的甲基化过程中起着重要的作用。它通过非生物的作用(Hg2+和Hg0的非生物还原和Hg2+的非生物甲基化)与Hg形成的大量稳定化合物影响汞的有效性或甲基化因子的甲基化反应93。只含胡敏酸的土壤溶液是没有甲基化能力的，并且最活泼的甲基化试剂是分子量低的富里酸（MW200）66。Rogers等人的研究

32、表明，土壤有机质影响汞的甲基化的原因可能是土壤有机质中可以提取促使汞甲基化的因子94。一般来说，腐殖酸易与Hg2+形成腐殖酸结合汞，使得汞在土壤中的固定性更强，更容易与别的甲基汞体交换甲基离子，形成甲基汞95。被排放到河道中的汞的化合物，很容易被腐殖酸结合汞而转化成甲基汞。影响腐殖酸结合汞在甲基化过程中受环境温度，pH，氧化还原电位及汞浓度的影响96。腐殖酸与汞非生物甲基化过程是一个复杂的环境问题，其转化机理还有待研究97。101 引言汞，作为一种全球性的重要污染物以多种形态广泛存在于自然界中2，土壤中过量的汞不仅能抑制和破坏土壤中微生物的生命活动，改变土壤的理化性质，降低土壤肥力，造成农产品

33、产量和质量下降4，而且还可以与土壤中的物质发生甲基化反应，生成毒性更强的甲基汞或二甲基汞在农作物或生物体内累积18。因此汞及其化合物在土壤中的转化、累积、迁移及其控制已成为当今环境化学的刻不容缓的任务之一。外源汞进入土壤之后首先是被土壤吸附，继而在腐殖酸的作用下发生其它形态0化还原、土壤中各类胶体与汞的吸附解吸、土壤中无机和有机配位体与汞的络合一螯合作用以及土壤中汞的甲基化74。土壤中的汞的甲基化主要包括生物甲基化和非生物甲基化。生物甲基化是指在微生物存在下，微生物将无机汞转化为甲基汞的过81有机质、氧化还原条件、含氧量等，在甲基供体存在的情况下转化为甲基汞的反应88。近年来，关于汞的研究越来

34、越多。有学者的研究表明，造成无机汞在不同土壤中的吸附解吸量差异显著的最主要因素是土壤有机质68。并且汞在土壤中的解吸均具有滞后性。因土壤中有机质的主要成分是腐殖酸，并且腐殖酸含有多种官能团，如羧基、酚羟基、醌型羰基、醛基等80，这些官能团均具有较高的反应活性，可以与汞发生螯合、络合、吸附、还原等作用，因此，研究腐殖酸与汞的相互作用对控制其在环境中的迁移转化具有重要的环境意义。有学者在研究腐殖酸与汞的相互作用时发现，腐殖酸的羧基、羰基等还原性基团可以与 Hg2+发生还原作用，将 Hg2+生成 Hg089。GU91等人的研究却表明腐殖酸与汞发生还原作用的同时，当有合适的甲基供体（提供甲基自由基）存

35、在时，HA与 Hg2+能发生甲基化反应。他们同时把 HA 与 Hg2+不添加甲基供体的反应作为实验对照发现，尽管腐殖酸也可以产生一定量的甲基自由基，促进汞的甲基化，但是，生成的甲基汞非常的少，并且反应时间很长。于是，他们推断腐殖酸与 Hg2+的反应方程可能如下：Hg0Hg2+ +HAHg+CH3-CH3Hg11的转化，如生成 Hg 、MeHg 等25。汞在土壤中的迁移转化主要包括：土壤汞的氧程 。而非生物甲基化则是在没有微生物的情况下，无机汞依赖环境的条件，如 pH、这个公式阐明了 HA 与 Hg2+发生反应的可能机理，即：HA 与 Hg2+先发生还原反应，将 Hg2+还原为 Hg+，Hg+的

36、转化有两种途径，一方面可以继续发生还原反应+目前，汞在土壤中汞的吸附解吸及甲基化一直研究的热点，但是对于甲基汞在土壤中吸附-解吸和影响吸附因素的相关研究相对较少，而且针对腐殖酸与汞的非生物甲基化以及影响因素的相关研究报道也比较少。本文把无机汞和甲基汞加入到水稻土、红壤、黄褐土、砂姜黑土四种不同的土壤中，探讨两种汞在不同土壤中的吸附-解吸的差异，并研究了影响因子有机质和初始 pH 对两种汞在土壤中吸附的影响。同时也研究了当存在甲基供体时，腐殖酸与汞的还原和非生物甲基化作用，并讨论了影响腐殖酸与汞非生物甲基化的影响因素，如：pH、温度、不同光源等。结果表明，在一定条件下，腐殖酸与汞可以发生非生物甲

37、基化，低 pH 和高温度能促进甲基化作用的发生，并且紫外灯比太阳光对甲基化的作用更明显。腐殖酸是分布最广泛的天然有机质，并且汞在环境中的分布也越来越广，因此腐殖酸与汞接触反应的几率越来越大，了解腐殖酸与汞的反应过程，就能为控制汞在土壤中迁移、转化和生物有效性的提供重要的理论依据，为汞在土壤和水环境中的污染防治提供依据。12生成 Hg0，另一方面，Hg 遇到合适的甲基自由基时与其结合生成 MeHg。2 材料与方法2.1 供试材料试验中所用无机汞为氯化汞（HgCl2，纯度95%）；甲基汞（MeHg，纯度95%），均购于Merck公司。HgCl2为溶于5%HNO3的1000 gL-1贮备液，MeHg

38、为溶于甲醇的1000 gL-1贮备液，在4冰箱用棕色瓶保存，所需稀溶液用去离子水依次逐级稀释。缓冲溶液为磷酸盐（磷酸氢二钾与磷酸二氢钾），调节pH 为3.0-9.0。实验中所用的无机汞均为氯化汞。维生素B12，纯度95%，腐殖酸（本实验所用为富里酸），纯度95%（阿拉丁试剂）。原子荧光的载流和还原剂为优级纯，其它试剂均为分析纯。供试土壤为水稻土、红壤、黄褐土和砂姜黑土98，分别采自安徽和县、江西鹰潭、安徽合肥和安徽砀山的表层020cm的土壤98，风干过后过100目筛（土壤粒径0.2mm），其基本理化性质见表2-1。表2-1 供试土壤的理化性质98Table 2-1 Physical and c

39、hemical properties of the tested Soils土壤阳离子交换量有机质量SoilspH(cmolkg-1)(gkg-1)黏粒（%）粉粒（%）沙粒（%）水稻土红壤黄褐土砂姜黑土7.494.956.508.2917.497.0314.3226.7428.4017.6015.3813.1126.9951.5938.4835.4851.421.333.639.6121.0224.8627.8224.912.2 仪器设备AFS-230E型双道氢化物发生原子荧光：北京普析通用仪器有限公司；离心机：TDZ-5-WS，北京离心机有限公司数字式酸度计： S-25C， 上海医用核子仪器

40、厂；紫外灯，6W，253.7nm水浴恒温振荡器：SHA-C，荣华仪器有限公司；离心机：AllegraTM 21，Beckman；电热鼓风干燥箱：CSIOT-IEBM超纯水系统：AYJ1-1002-U，颐洋企业发展公司132.3 土壤中氯化汞的吸附解吸试验2.3.1 土壤中氯化汞的吸附试验精确称4.00g 四种不同的土壤分别置于离心管中，然后再加入20.0 ml不同浓度(3、5、10、15、20、50、100、150、200、250mgL-1)的氯化汞溶液（以0.01 molL-1的KCl作为支持电解质）99，加塞后置于振荡器在(262)条件下以230 rmin-1往复振荡4.0 h，置于4冰箱

41、平衡放置20 h99。用离心机离心分离（转速4000 rmin-1），20 min后取上清液10 ml于干净的离心管中，在用0.45 m滤膜过滤，根据不同的浓度将其稀释后用原子荧光（AFS）分析检测99；再根据吸附前后试验中溶液中汞离子的浓度差来计算土壤对汞离子的吸附量98。2.3.2 土壤中氯化汞的解吸试验将氯化汞吸附试验后的残渣土壤中添加入10 ml 0.745 gL-1的KCl溶液，摇匀后置于振荡器中以230 rmin-1往复振荡4.0 h，后置于4冰箱平衡放置20 h99。然后4000rmin-1离心20 min，准确移取10ml土壤上清液，用0.45 m滤膜过滤后用AFS（原子荧光）

42、上机测定Hg2+。此步骤重复操作4次，即解吸4次。2.3.3 土壤初始 pH 对氯化汞吸附的影响精确称4.00 g不同的土壤分别置于不同的离心管中，加入19.0 ml pH分别为3、4、5、6、7、8、9的磷酸缓冲溶液，再加入1ml的1000 mgL-1的氯化汞溶液（使Hg2+的浓度为200 mgL-1）。重复无机汞的吸附实验步骤。根据吸附前后溶液中汞离子的浓度变化计算其吸附量。2.3.4 土壤有机质对氯化汞吸附的影响称四种不同的4.00 g土壤于离心管中，然后加入过量的H2O2溶液，反应2h后，过滤掉上清液，重复上述实验三次，最后使土壤中95%的有机物质能被去除98。然后加入20 ml不同浓

43、度（3、5、10、15、20、40、50、60、80、100mgL-1）的氯化汞溶液。重复无机汞的吸附实验步骤，根据吸附前后溶液中汞离子的浓度变化计算吸附量。2.4 土壤中甲基汞的吸附解吸试验2.4.1 土壤中甲基汞的吸附试验同上述无机汞的吸附实验步骤，将20 ml不同浓度的(10、20、40、50、60、70、80、100 mgL-1)甲基汞溶液加入到含有4.00 g土壤的离心管中，盖紧盖子后（用锡箔纸包紧使其置于黑暗环境中），于恒温振荡器(262)上以230 rmin-1振荡4.0 h，黑14暗中平衡放置20 h；取出后4000 rmin-1离心20 min，取10 ml离心过后的土壤上清

44、液用0.45 m滤膜过滤，用AFS测定溶液反应前后甲基汞浓度的变化，再根据浓度差来计算土壤对甲基汞的吸附量99。2.4.2 土壤中甲基汞的解吸试验甲基汞的解吸实验重复2.3.2，将吸附过后的土壤残渣中添加10 ml 0.745 gL-1的KCl溶液，摇匀后置于恒温振荡器中以230 rmin-1往复振荡4.0 h，后置于4冰箱平衡放置20 h98；4000 rmin-1离心20 min，准确移取10ml土壤上清液，用0.45 m滤膜过滤后测定99。此步骤重复操作4次，即解吸4次。根据解吸前后浓度变化计算解吸量。2.4.3 土壤初始 pH 对甲基汞吸附的影响同上述2.3.3的实验步骤，调节甲基汞的

45、浓度为80 mgL-1，其他步骤均与甲基汞吸附实验步骤相同。根据吸附前后溶液中甲基汞浓度的变化计算其吸附量。2.5 腐殖酸对汞非生物甲基化的影响研究试验将腐殖酸与无机汞间的反应用密闭容器密闭起来，设计连环反应，将还原反应产生的气体通过高压液氮吹起后用高锰酸钾溶液吸收，然后用 10%盐酸羟胺将 Hg0还原为 Hg2+。并且在腐殖酸与 Hg2+的反应液中提取甲基汞，然后用原子荧光测定。2.5.1 腐殖酸对汞的还原和非生物甲基化作用试验在pH为6.8，温度为26条件下，分别量取不同体积的HA溶液置于离心管中，再依次加入氯化汞溶液和维生素B12（作甲基供体），使得离心管中最终腐殖酸的浓度为30、60、100mgL-1，Hg2+的浓度均为40 mgL-1，维生素B12的浓度为100 mgL-1，分别在1、3、5、9、12、15、18、20天内取样检测溶液中甲基汞的生成量，同时在反应的初始1-60h收集反应生成的气体，利用原子荧光测定78。2.5.2 初始汞浓度对汞非生物甲基化的影响试验取不同体积的无机汞溶液于50ml的离心管中，依次加入不同体积的腐殖酸溶液和维生素B12，使得最终离心管中Hg2+的浓度为0.6、1、2、4、8、10、20、30、40、50、60 mgL-1，腐殖酸浓度均为80 mgL-1，维生素B12的浓度为100 mgL-1，溶液pH为6.8，温度为26。