（环境工程专业论文）模拟酸雨条件下汞在土壤薹菜系统中的分布及迁移转化规律.pdf

m i i i l l 1 1 1 l l l l l l l l l l l i l l l l l m m y 1717 5 3 2 s m d i e so ft r a n s f o m a t i o na n dd i s t r i b u t i o no f m e r c u 巧i n s o i l b 幽切e 刀s 括v 口7 ：d 彪咖朋s y s t e mw i t h a c i dr a i l l m 旬o r ： e n v i j r o i u n e n t a le n g i n e e r i n g d i r e c t i o no f s t u d y ： r e s o u r c e se n v i r o n m e n ta n d s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t g r a d u a t es t u d e n t ：n i uy u n f e i s u p e r v i s o r ：p r o f j i a n p i n gq i a n p r o f j i el i u c o l l e g eo fe n v i r o n m e n ts c i e n c ea n de n g i n e e r i n g g u i l i nu n i v e r s 时o f t e c h n o l o g y a p r i l ，2 0 0 8t oa p m ，2 0 1 0 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对论文的完成提 供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者( 签字) ：生之& 签字日期：丕 旦：虚：f2 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家 有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权( 学校) 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到 中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在 解密后适用本授权书) 本论文是否保密：是否如需保密，保密期限为： 学位论文作者签名：彦勃l 孓 签字日期：列闷年6 月7 日 导师签字：徕尹 签字日期：a 口辉占月，7 桂林理工大掣硕士学位论文 摘要 本文通过对桂林市及近郊九片菜地中的土壤和薹菜进行采样分析，研究了桂林地区土壤薹菜系 统中汞的分布规律。通过盆栽试验，研究了土壤汞含量、酸雨酸度、酸雨汞含量( 大气汞沉降) 等 因素对汞在土壤薹菜系统中的分布和迁移转化的影响。通过研究得出以下认识： 1 桂林市九片菜地土壤中的总汞含量平均值为0 0 9 9 旬5 4 6m g 厥g 。部分菜地的平均总汞含量 超过了我国土壤环境质量标准g b l 5 6 1 8 - 1 9 9 5 规定的最高允许值( h gs0 3m g l 【g ) 。桂林市菜地士 壤总汞分布规律为：越接近市区总汞含量越高，远离市区总汞含量逐渐降低。 2 桂林市菜地土壤中的汞以残渣态( x 7 ) 为主，其次为腐殖酸结合态( x 4 ) 和难氧化降解有 机结合态( x 6 ) ，水溶态( x 1 ) 和交换态( x 2 ) 汞含量最低。 3 桂林市菜地中薹菜的总汞含量平均值为0 0 4 6 旬1 3 2m 啦g ( 干样) 。总汞含量分布规律与菜 地中土壤总汞的分布规律基本一致，即越接近市区薹菜中总汞含量越高，远离市区总汞含量降低。 4 盆栽试验种后根际土中，水溶态( x 1 ) 、交换态( x 2 ) 和碳酸盐铁锰氧化物结合态( x 3 ) 汞 的含量较种前有所降低；腐殖酸结合态( x 4 ) 、易氧化降解有机结合态( x 5 ) 和残渣态( x 7 ) 汞的含 量较种前有所增加：难氧化降解有机结合态( x 6 ) 汞的含量变化不大。 5 盆栽试验薹菜各部位的总汞含量随着土壤中总汞含量的增加而增加。生物富集系数表现为： 根部 叶部 茎部，土壤中的汞主要富集在根部。 6 汞含量为5 0 i l g l 的酸雨处理的薹菜，各部位的汞含量分布为：叶 根 茎。随着酸雨酸 度的增加，叶和茎部的总汞含量减少，酸雨酸度的增加对薹菜地上部分吸收汞有抑制作用。 7 p h 3 5 的含汞酸雨处理的薹菜，随着酸雨中汞含量的增加，薹菜茎和叶部的总汞含量明显增 加。薹菜各部位的汞含量分布为：叶 根 茎。 8 土壤中的甲基汞含量随着土壤总汞含量的增加而增加，甲基汞占总汞的百分含量为o 0 0 3 5 o 0 0 9 5 。薹菜根和叶中的甲基汞含量随着总汞含量的增加而增加，甲基汞占总汞的比例为o 0 0 7 9 1 6 1 。薹菜中甲基汞占总汞的比例高于土壤中甲基汞占总汞的比例，甲基汞容易在蔬菜中累积， 进入食物链。 9 菜地薹菜和盆栽薹菜各部位的汞都是主要分布在细胞壁中。菜地薹菜细胞结构中汞的分布 规律为：细胞壁( f b ) 细胞器( f q ) 细胞质可溶性部分( 包括液泡) ( f y ) 。在盆栽薹菜中， 当汞主要来自土壤时，薹菜根部和地上部分亚细胞结构中汞的分布规律分别为：f b f y f q 和f b f q f y ；当汞主要来自酸雨( 大气) 时，薹菜根部和地上部分亚细胞结构中汞的分布规律分别为： f b f q f y 和f b f y f q 。 关键词：汞：甲基汞；薹菜：亚细胞结构：迁移转化；分布；形态；模拟酸雨 桂林理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t ho r d e rt 0 丘n dt h ed i s 硒b u t i o ft o t a lm e 砌l d r ( t - h g ) i ns o i l - v c g e 油l e ( 厦西切绷s 妇眦d 细睁m ) s y s t e m i n1 3 h 衄i n ，t h em e 砌l d r n a to fs o i l 锄dv e g e k l b l ei nt l 圮n i i l ev e g e t a b l e6 e l d si ng u i l i nc 埘蛆d t s k i n s w 弱锄a l y z c d t h ei n f l u 铋o f i lt - h gc o n t e n ta n d 撕d 匆锄dh 弯c o n t 锄to fa c i dr a i n 玲 d i s 缸b u t i 锄dm i g r a t i o fh gi ns o i l - v e g e t a b l e c j i l 切观出v 口，：d 碗向口) s y s t 锄w 勰s t i i d i e db yp o t 既p 咖锄t t h ec o n c l l l s i 叽sw e 心s h o w e d 鹊f o l l o w 1 n em e 姐v a l o f t h gi ns o i li nm en i l l ev e g 鲍i b l ef i e l d sw 舔o 0 9 9 0 5 4 6m 眺g 1 1 1 em 黜v m u 伪o f i lt h gi i l m ev 锷e t a b l ef i e l d sw e 他f 0 岫dh i 曲盯l 觚m ev a l o fe i l v i r 0 n m t a lq 阻l i t ys 切叮d a f d 衙 s o n 如b 1 5 6 1 8 - 1 9 9 5 ( h gs 0 3m g 俺) n ec i o 蝌d i s t a i l c et 0t l l ec i t ) ，咖t e ri s ，l eh i g t l c rt i l ec o n t e n t o f i lt - h gi i lt l l en i l l ev e g e t a b l ef i e l d sw 够 2 t h ef 0 册so fm e r l l i 嗲i nt h ev e g e t a b l es o i l 缸吼h i g hc o n t e n tt ol o w n t e n tw e 陀n l ec d ，s t a ll a t t i ( 螨i d u e ) f o m ( x 7 ) ，t l l ec o m b i n e dh u m i c 稿df o l m ( x 4 ) ，m eb i o 稍觑咖o r g 锄i cf 0 】胁( x 6 ) ，t l l ee 船i l y b i 蝴d a b l eo r g a n i cf o n n ( x 5 ) ，也c 伽慨a t e 锄df 们血0 x i d ef 0 】衄( x 3 ) ，t h es o l u b l ef 0 咖( x 1 ) ，t l l e 懿c h 觚g e a b l ef 0 眦( x 2 ) 3 n em e 姐v a l u eo f t - h gi i l 且幽伽淞西w ，：d 昆掘朋i i it h ev e g e t a l ) l ef i e l d sw 鹳0 0 4 6 - 0 1 3 2m g m g ( d 叮 s 锄p l e ) t h et h gd i s t r i b u t i l l gm l eo f 且胡伽臼嚣豇w 矿d 跆方台朋i ss i m i l 盯t 0 她to fs o i li l lt l l ev e g e t a b l e f i e i d s n ec l o s e r t h ed i s t a i l c et ot l l ec 时c c i l t 盯i s ，t l 增h i g l l 盯l ec o n t 锄to ft h gi i l 曰幽跏积s 缸阳，： o l e 如r 口w a s 4 a 胁h a 鹤t ，t l l ec o n t 锄t so f s o i lm 咖町i nm es o l u b l ef 0 彻( x 1 ) ，m ee x c h 趾g e a b l ef 0 姗( x 2 ) 锄dt h e c a r l ) o n a t e 弛df 钔舡0 x i d ef o l l i l ( x 3 ) i nt h ep o t t i l l g i lw e 他l o w 盯m 锄埝tb e f o r ep l a i l 血g ，锄dt l 圮 c o n 劬t so fs o i l 删i nm ec o m b i i l e dh l 瑚i ca c i df 0 加1 ( x 4 ) ，也e 懿i l yb i o d e 舯d a b l e0 r g 龃i cf 0 咖( x 5 ) 蛐dn l ec 叫s t a l l a t t i c e ( 溺i d u e ) f o n i l ( x 7 ) i i lt l l ep o t t i n gs o i lw e 聆h i g h 盯t l l a nm a tb e f 0 陀p l a i l t i n g 5 1 1 l em 咖r yc o n t t 8i l ld i f f e r e f l to 唱孤so f ac 伽矾凼，：d 钽雁张i i l 蝴s e d 、) l ，i t ht l l ei n c 陀a s eo f t h g i np o n i n gs o i l 1 1 l eo r d e ro f b i o l o 昏c a lc o n c e i l 咖t i o nf a c 自d r ( b c f ) i sr 0 0 t l e a f s t 锄t h em e r c u ui 1 1s o i l m a i n l ya c c u m u l a t ei nr o o to f 且幽伽e ，岱西l 坦，：d 昆方锄- 口 6 u n d e rm e 仃t i l l 饥t 埘t l la c i dr a i n 、) l ，i t l l5 0 i l g lt - h g ，t l l ed i s t r i b u t i n gn l l eo fm 湖l d ri nd i 仃e 嘲tp a i t s o f 丑幽伽p 船西懈，：d 彪谵r 口i st l l a t ：l 船f m o t s t e m t h ed e c r e 嬲eo fa c i d 豫i l lp h 陀s t r a i n e dm e r c u 巧 a c c i l m u l a t i o ni nl 既f 锄ds t 黝o f b 幽伽明s 豇v 口，：d 膪盼，口 7 u n d e rt h e 仃c a n n e i l tw i mp h 3 5a c i dr a i n ，t l l ed i s t r i b u t i i l gn i l eo fm e r c u 巧i i ld i 虢啪tp a r t so fb c h i n e l l s i sv a co l e i f e mi st h a t ：l 铋f r o o t s t e m t h ec o n t e n t so ft - h gi i ls t e a ma n dl e a fi n c r c a s e dw i t hn l e i n c r e a s eo f m e r c u r yc o n t e n ti i la c i dm i l l 8 t h em e t l l y lm e r c u 巧( m e - h g ) i ns o i li n c r e a s e d 、) l ，i t ht h ei 1 1 c r e a s eo ft - h gi ns o i l ，锄dt h ep 盯c e n t a g eo f m e - h g t ot - h gw a so 0 0 3 5 一o 0 0 9 5 i 1 1p o t t i n gs o i l t h em e - h gi i lr o o t 锄dl e a fo f 最幽加e 珊西w ，： i i 桂林理工大掌频士学位论文 d 跆咖mi n 骶邪e d 、i mt l 地i n c 崩雠o f l - h gi n i l ，锄d 圮p e r c e n t a g eo f m e h g t 0t - h g 、v 舔0 0 0 7 9 1 6 1 i n 最幽切绷扫懈，：d 嘲归朋 9 n ed i s t r i b u t i n gm l eo fm e 嗽町i ns i i b 翻l u l 越s 仃u c t 峨0 ff i c l db 幽i 觥缸，龇d 跆 ，叠旭i s 也a t c e l l w a l l 0 r g 觚e u e v a c i l o l e i i lp o t 懿p e f i m 钮t t h em e 嘲y j l ld i 仃e r e n tp a r t so fb c l i i 伽积s 鼢v 口，：o 礁屉瑚 m “y 锨煳棚a 锄i i ic e nw a l l i l l 耐f i e 嘞t 僦1 咖，t h ed i s 仃舰血gm l e “m 瞰= i l r yi no 玛强c l l ea n d v a 饥o l ei sd i 旧陆锄ti l ld i 触p a n so f 丑c 而细p 凇妇，：砒塘，口 k 啊w o r d s ；街盯州h g ) m e t h y lm 钎c u r y i m e h g ) 跚i b c e _ l h l l 缸鳃m c m 糟m i 孕a t i o n 眦d 慨n s f o r m d i s 仃i t 嘶o n 矗棚s i m u l a t e d a d d 池 i i i 桂林理工大掌颤士学位论文 目录 第一章引言1 1 1 汞的化学性质和危害l 1 1 1 汞的性质l 1 1 2 汞的危害。l 1 2 汞污染的来源2 1 3 汞在环境中的分布4 1 4 汞在大气土壤植物系统中的迁移转化7 1 4 1 大气中汞的迁移转化7 1 4 2 土壤中汞的迁移转化8 1 4 3 植物中汞的迁移转化9 1 4 4 大气一土壤植物系统中汞的甲基化。9 1 4 5 酸雨沉降对汞在大气土壤植物系统中迁移转化的影响l o 1 5 本论文主要研究内容及创新点l o 1 5 1 研究内容l o 1 5 2 技术路线l l 1 5 3 论文创新点1 2 1 5 4 选题意义1 2 第二章研究方法1 3 2 1 野外采样13 2 1 1 采样点的分布。1 3 2 1 2 样品的采集1 4 2 1 3 样品的处理1 4 2 2 盆栽试验1 4 2 2 1 供试土壤的采集及预处理1 4 2 2 2 土壤理化性质的测定1 4 2 2 3 模拟酸雨的配置1 5 2 2 4 盆栽试验方案设计1 5 2 2 5 样品的收获和处理1 6 2 3 样品的分析测试方法1 6 2 3 1 仪器与试剂1 6 2 3 2 样品中总汞的分析测试1 7 2 3 3 样品中甲基汞的分析方法18 i v 桂林理工大学颤士学位论文 2 3 4 土壤形态分析方法。1 8 2 3 5 亚细胞结构中总汞的分析方法1 9 第三章桂林市菜地土壤薹菜系统中汞的分布：2 0 3 1 桂林市菜地土壤中汞的分布2 0 3 1 1 不同片区菜地土壤中总汞的分布2 0 3 1 2 不同片区菜地土壤中汞的形态分布2 l 3 2 桂林市薹菜中汞的分布2 4 3 2 1 不同片区菜地薹菜中汞的分布2 4 3 2 2 薹菜植株不同部位中汞的分布2 5 3 2 3 汞在薹菜亚细胞结构中的分布2 6 第四章模拟实验条件下汞在土壤蔬菜系统中的分布2 8 4 1 土中添加不同浓度汞的盆栽实验研究2 8 4 1 1 盆栽前后土壤汞的形态变化2 8 4 1 2 盆栽薹菜不同部位中汞的分布一3 0 4 2 模拟酸雨影响下盆栽薹菜不同部位汞的分布3 2 4 2 1 酸雨酸度对薹菜中汞累积的影响3 2 4 2 2 酸雨中汞含量对薹菜中汞累积的影响3 3 4 3 复合因素作用下盆栽薹菜不同部位汞的分布。3 5 4 4 盆栽试验中甲基汞的含量分布3 6 4 4 1 盆栽土壤中的甲基汞含量3 6 4 4 2 盆栽薹菜中的甲基汞含量3 6 4 5 盆栽试验中汞在薹菜亚细胞结构中的分布3 7 第五章结论与展望：4 0 5 1 结 仑4 0 5 2 展望4 l 致谢。4 2 参考文献4 3 瓮栽试验照片5 0 个人简介5l v 桂林理工大学硕士学位论文 1 1 汞的化学性质和危害 1 1 1 汞的性质 第一章引言 汞( m e r c u r y ，h g ) ，原子序数8 0 ，位于元素周期表第六周期第二副族。 密度为13 5 4 6 9 c m 3 ，凝固点为38 8 7 ，沸点为3 5 6 9 。常温下，汞是唯 一的液态金属。汞的电子构型是【k r 】4 f 1 4 5 d 1 0 6 s 2 ，易失去6 s 2 轨道中的两个 电子，呈h 9 2 + 离子状态，两个汞原子也易形成+ h g h g + 的状态。汞在常温 下不易被氧化，容易蒸发，且在空气中的饱和浓度较大。汞蒸气以h g o 的 形式存在，无色无味，比空气重六倍，且吸附性很强，容易附着在衣物、 器具和皮肤表面被生物体吸收。汞有一种特殊的性质，它可以溶解除铁之 外的许多金属，如金、银、钠、钾、锌等，一部分形成液态金属，一部分 形成固态金属，这两部分总称为汞齐，常见的有金汞齐、铂汞齐等。汞可 以发生甲基化，在微生物作用下或者发生化学反应形成甲基汞。有机汞和 无机汞都能在生物体内积累，通过食物链富集【卜2 1 。 1 1 2 汞的危害 汞的用途非常广泛，如水银温度计；有机合成工业中的含汞触媒；在 日光灯中，汞被作为气体放电介质来使用；朱砂( h g s ) 可以用来做颜料， 同时也是一种药材。汞在给人类带来便利的同时，由于处置不当也给人类 及其生存环境造成了危害。 进入环境中的汞，即使含量很低，也可以通过生物、食物链成千上万 倍的富集。在被汞污染的水体中，浮游生物不断地摄入汞，鱼、虾等水生 动物在用腮呼吸的过程中，直接吸收水中的汞，或通过吞食大量的浮游生 物，将汞富集在体内。鱼虾体内汞含量较低时影响其正常的生长；当累积 到一定浓度时，会引起中毒甚至死亡【3 】。用污水灌溉农田或用垃圾堆肥， 会造成农田土壤汞含量增高，严重影响农作物的生长和发育，从而影响农 作物的产量和质量，而且能通过食物链危害人类健康。大气中的汞可以通 过人的呼吸道而被吸收，工矿中引起的职业中毒，主要是经过呼吸道吸入 汞蒸气或汞化合物的气溶胶所致。汞被人体吸收后，通过血液循环被运载 到全身各器官中。金属汞和无机汞会损害肝脏和肾脏，但大部分可以排泄 1 桂林理工大额士学位论文 出去，一般不在体内积累。金属汞在体内的生物半衰期为6 0 d 。有机汞有 很强的亲脂性，侵入人体后吸收率达9 8 ，而且比较稳定，在体内可停留 长达7 0 d 之久【4 。5 】。有机汞中毒性最强的是甲基汞。它可以侵害中枢神经系 统，并且造成的损害是不可逆的。甲基汞还可以通过胎盘屏障侵害胎儿， 使胎儿先天性汞中毒【2 】。慢性甲基汞中毒的早期症状为听力减退、视野缩 小、感觉迟钝。严重时，会引起感觉障碍、语言障碍、智力障碍、步行困 难、运动失调、瘫痪、甚至死亡。汞蒸气中毒会引起口腔炎、牙齿松动、 脱发、肌肉颤动、神经错乱等【6 】。汞中毒的机理是：汞与人体内含巯基的 蛋白质和酶类具有很强的亲和能力，汞一硫反应是汞产生毒理作用的生物化 学基础【l 】。 1 2 汞污染的来源 汞作为一种有毒的重金属，在工、农业生产和医药等方面应用非常广 泛。由于汞具有一些特殊性质，使它较容易在自然界中迁移扩散，汞污染 成为一个全球性的环境问题。确定环境中汞的来源，对于汞污染的防治具 有重要意义。 环境中汞的来源分为自然源和人为源。自然源主要包括：火山活动、 地热活动、地壳放气【j 7 】等。此外，森林火灾、土壤释汞、自然水体释汞、 植物表面的蒸腾作用等【s 】也是环境中汞的重要来源。自然源向环境中释放 的汞主要为气态单质汞，还有一些二甲基汞、挥发性无机汞化合物等【9 1 。 人为源主要包括：工业污染源、农业污染源和生活污染源。此外还有一些 特殊污染源。 工业污染源主要是一些使用或制造汞及其化合物的工厂所排放的含汞 废气、废水和废渣等。其中化工、照明、电池、冶炼、电镀、医疗器械、 热电等是主要的涉汞行业。生产聚氯乙烯( p v c ) 和醋酸的过程都要使用 汞触媒作为催化剂，用电石法生产p v c ，单位产品的需汞量为1 2 2 o k g t 。 生产工业硫酸的原料一一硫化物矿石中含有汞，含量变化范围为： o 10 - 2 0 0 m g k g ，最高可达2 0 0 0 m g k g ，致使生产出的工业硫酸中汞含量较 高。曾有因生产和使用硫酸而造成环境污染的报道【i0 1 。2 0 0 0 年我国生产化 学试剂所消耗的汞量为4 6 7 5 37 t ，医疗器械用汞量为15 5 16 6 t 【i1 1 。近几年， 我国每年生产加工灯管消耗汞达8 0 t 之多。化石燃料( 煤、石油、天然气) 的燃烧是重要的人为汞污染源。我国煤炭的平均汞含量为o 2 2 m g k g ，19 9 5 年全国燃煤共排放汞3 0 2 9 t l l2 1 。美国环保局估计，l9 9 9 年美国燃煤电厂锅 2 桂林理工大物士学位论文 炉排放的汞约为7 5 t ，其中约4 8 t 排入了大气【1 3 】。联合国环境规划署发布的 全球汞评估报告中指出：全球因燃煤向大气中排放的汞量为 6 5 0 3 5 0 0 t a 【1 4 1 。 在农业生产中，用污水灌溉农田、用污泥堆肥以及施用含汞农药是造 成人为汞污染的又一来源。当土壤中汞含量较高时，会向大气中释放汞。 土壤向大气中释放的汞以零价态汞为主。土壤中的二价汞在微生物、有机 质等的作用下，可以被还原成零价汞。研究表明，用污泥改良过的土壤会 向大气中释放甲基汞和无机汞【l5 1 。另外，还会随降雨径流转移到水体中， 污染水体。 生活污染源主要是人们日常生活中产生的垃圾以及生活污水。生活垃圾 中主要的含汞废物有：废电池、废灯管以及废家电等。被丢弃的废电池， 发生腐蚀、漏液后，内部的汞元素会泄露到环境中。一节5 号普通废锌锰 电池中水溶性汞含量平均为o 19 2 m g ，可使19 2 l 水超过生活饮用水汞含量 标准而被污染。如果考虑微生物、土壤、雨水等条件的影响，其他形态的 汞也会溶出，污染情况将更加严重【1 6 】。灯管中含有汞蒸气，一支管径3 6 m m 荧光灯管含汞量为2 5 4 5 m g ，一支管径1o m m 的节能灯含汞量为lo 。l5 m g ， 一支高压钠灯含汞量为l2 l4 m g ，一支金卤灯含汞量为2 0 2 5 m g 。目前废 旧灯管大部分都没有回收处理，被丢弃破碎后，其中的汞蒸气会挥发到环 境中造成污染【l 7 1 。 特殊污染源主要包括垃圾焚烧、交通尾气、垃圾填埋场等。城市垃圾 包括生活垃圾、医疗垃圾、工业垃圾等。这些垃圾在焚烧的过程中会释放 出大量的汞。欧美各国垃圾中汞含量为2 5 9 t ，19 9 5 年美国垃圾焚烧排放 的汞量约为1 l 3 0 t 【j 。交通尾气是一个流动的污染源，其中的汞主要以元 素态存在，也有二价汞和颗粒汞。l a n d i s 等人研究发现，贡献较大的气态 元素汞、二价汞和颗粒汞来源于汽油机车而不是柴油机车【1 9 】。j o n gh y u n w o n 等人对汽油、柴油和液化石油气( l p g ) 三种燃料中的原始汞含量和 燃烧这三种燃料的机车在怠速和加速状态下尾气中汞的含量进行了研究。 结果表明，液化石油气中汞含量最高，燃烧后释放的尾气中汞含量也相对 较高【2 叭。交通尾气排放的汞使表层土壤中汞含量局部增加，表层土壤中的 汞可随基建而带入下层【2 1 1 。有报道称，生活垃圾填埋场是大气汞的重要来 源。填埋场内部的气态汞可以通过排气筒和垃圾填埋场的上覆土向大气中 排放。垃圾填埋场具有特殊的物理化学环境，不仅向大气中排放气态单质 汞，还会排放毒性很强的甲基汞和二甲基汞【22 1 。生活垃圾堆放场在停止使 用十余年后依然可以向大气中释放汞【23 1 。 3 桂林理工大学硕士学位论文 1 3 汞在环境中的分布 汞在自然界分布极广，几乎所有的矿物中都含有汞。它在工农业生产 和人们日常生活中处于不可替代的地位。同时，汞及其化合物也是分布广 泛的环境污染物，在土壤、植物、大气等环境介质中普遍存在。 汞的许多化合物都是易挥发的，因此具有气态远程传输和广泛扩散的 危害。大气是汞传播的重要介质，大气中的汞包括气态总汞和颗粒态汞。 气态总汞占大气汞的9 5 【2 4 1 ，颗粒态汞虽然只占很少的一部分，但是它可 以通过干湿沉降进入陆地和水生生态系统，对汞的循环有重要作用。汞在 大气中有一定的时空分布特征。大气汞的空间分布没有明显的地域性，在 不同地区具有不同的分布特征( 表1 1 ) 【25 1 ，但是在同一地区的水平和垂直 方向上都有一定的分布特征。项剑桥等【2 6 】对武汉城区大气汞的分布进行了 研究，武汉城区各功能区中大气汞的平均含量表现为新居民区 工业区 烟尘分布区 老居民区 化工工业区。王定勇等【2 7 】对重庆市大气汞调查 结果表明，重工业区、交通要道、用汞工厂等附近大气汞含量较高，郊区 较低，自然保护区最低。刘德绍等【28 】对重庆市北碚区近地面大气汞的垂直 分布进行了研究，所测定的近地面各个层次的大气汞浓度服从对数正态分 布；植被类型影响近地面大气汞的垂直分布，菜地及裸露地面气汞浓度在 5 0 c m 层次最高；果园和林地中气汞浓度峰值一般出现在植物枝叶密集层上 部的一定范围内；夜间近地面气汞的分布与白天有很大的差异。这与土壤 汞挥发和植物蒸腾作用有关【29 1 。 4 桂林理工大物士学位论文 大气汞还有一定的时间分布特征，主要表现在季节变化和日变化。 长白山地区大气气态总汞的季节变化特征为，按含量高低表现为：冬季 春季 秋季 夏季；该区域气态总汞含量的平均值出现日波动趋 势，最高值出现在18 时，最低值出现在5 时【30 1 。k i m 等【3 1 1 对汉城市 区夏秋两季大气汞浓度分布进行了研究，秋季大气汞浓度明显高于夏 季；秋季白天浓度比夜间高，而夏季白天浓度比夜间低。大气中颗粒态 汞的季节变化主要表现为，冬季颗粒态汞浓度明显高于其他季节【3 2 03 1 。 土壤中都含有一定量的汞，不同地区的土壤，因其成土母质、成土 理化条件等因素的影响，汞含量也不同：同一地区不同类型的土壤，汞 含量也存在差异( 表1 2 ) 【3 4 】。 土壤中的汞具有空间分布不均匀的特性。苏静等【3 5 】研究了兰州市 土壤汞的分布特征，兰州市土壤剖面汞含量的差异较大，表层汞含量高， 向下逐渐减少到土壤背景值。天津汉沽农田土壤中的汞在离污染源3 公里的范围内含量最高，主要集中在o 2 0 厘米的土壤上层，几乎不往 下迁移【36 1 。钱建平等【3 7 】对桂林市及近郊土壤汞的分布进行了研究，本 区a 层( o 3o c m ) 土壤汞含量明显高于b 层( 3o 6 0 c m ) ；工业区和生 活区的汞含量高于农业区。芜湖市土壤汞平均含量水平为镜湖区 开 5 桂林理工大学颤士学位论文 发区 鸠江区 弋江区 三山区，市区土壤汞含量高于郊区【38 1 。广 州市不同功能区土壤汞平均含量为城市公园 单位区 交通区 住宅区 工业区【39 1 。r o d r i g u e s 等【4 0 1 对欧洲六个不同国家的城市土壤 汞的空间变化进行了研究，总汞含量为o ol5 6 3m g k g 1 ；a v e i r o 的汞 含量最低，表层( 0 10 c m ) 和下层( 10 - 2 0 c m ) 汞含量分别为0 0 55 和 0 0 5 4m g k g ；g l a s g o w 的汞含量最高，表层和下层分别为1 2 和1 3 m g k g l 。 表1 2 中国不同类型土壤中汞的平均含量( n g g ) 注：a m 和g m 分别为原始数据经平均值与2 倍标准离差之和一次剔除后的算术平均值和 几何平均值，m 为原始数据的中位值中国东部平原土壤基准值为原始数据的平均值， 未经任何剔除。a 层土壤采样深度为o 2 0 c m ，c 层土壤采样深度为lo o c m 以下。 6 桂林理工大物士学位论文 土壤中的汞含量还与土壤中的胶体成分有关。土壤中的胶体对汞吸 附贡献大的主要是有机质( 腐殖质) 、铁锰氧化物等。目前对有机质吸 附汞的研究较多。腐殖酸是腐殖质的主要成分。腐殖酸能提高土壤对汞 吸持能力，但不同组份其作用效果不同。腐殖酸与汞的结合存在松结态 与紧结态两种形态，其中富里酸主要以松结态为主，胡敏酸则以紧结态 为主。富里酸对汞的络合容量最高，能更快地帮助土壤吸持离子汞，但 是络合强度低，其络合汞的环境活性较高；胡敏酸对汞的络合容量低， 但是络合稳定性高，能有力地、持续地促进土壤对汞的吸附与固定【4 i 4 3 】 o 目前，植物中汞分布的研究主要是汞在植物根、茎、叶各器官中分 布规律的研究和在植物细胞中分布规律的研究。季伟【44 l 对大葱不同部 位汞含量分布进行了研究，汞在葱青、葱根中的含量远高与葱白中的含 量，葱青与葱根中汞含量相差不大。崔瑞平【4 5 】研究了汞在水稻植株各 部位的分布规律，汞含量顺序为稻根 茎叶 谷壳 糙米，呈现出 自下而上递减的变化规律。吴玉萍等【46 】研究了烟株中的汞含量分布， 汞含量顺序为：下部叶片 中部叶片 根、上部叶片 下部叶脉、 中部叶脉、上部叶脉、茎。徐刚和郭明新【4 。7 】通过盆栽试验研究了土壤 汞在水萝卜中的分布，当土壤汞含量小于l m g k g 时，水萝卜根部汞含 量低于茎叶部，土壤汞含量超过3 m g k g 时，水萝卜根部汞含量则远大 于茎叶部。a m a d of 订h o 等人对被用作大气汞污染生物检测器的铁兰中 汞的沉积点位进行了研究，大气汞主要被铁兰的鳞屑、茎和叶面所吸收， 被表皮细胞吸收的汞较少。叶肉组织和维管系细胞中没有检测出汞【48 1 。 m v 矗l e g a 等4 9j 研究了汞在盐碱滩植物h 口，f 聊f d 刀口p d ，f “，口c d f d p s ( l ) a e l l e n 中的细胞分区，根中总汞的9 3 和叶中总汞的7 2 都分布在细胞 壁中。a n d r e ac a v a l l i n i 等的研究表明，r ，f f f c “，以d “r “，玎中汞主要结合 在根外皮柱的外层细胞的细胞壁中。此外，在中柱外层和薄壁细胞的细 胞核中也存在汞。叶子中的汞结合在表皮和气孔的细胞壁中，以及薄壁 细胞的细胞核中【50 1 。 1 4 汞在大气土壤植物系统中的迁移转化 1 4 1 大气中汞的迁移转化 大气中的汞主要有三种价态：h g o 、h g + 和h 9 2 + ，主要是hg o 和h9 2 + 。 h g o 蒸气压高，水溶性低【51 1 ，在大气中停留时间长达一年52 1 ，可以进 7 桂林理工大颧士学位论文 行远距离传输，进而参与全球汞循环。气态h 9 2 + 占总气态汞的3 左右 p 引，可扩散到几十至几百公里，易溶解于大气中的水和吸附在雨滴颗 粒表面。不同价态的汞可以相互转化，h g o 可以被大气中的臭氧、氯气 等氧化剂氧化成h 9 2 + ，h 9 2 + 可被亚硫酸盐等还原成h g o 。h 9 2 + 的湿沉降 和颗粒汞的干沉降与地面之间的交换是单向的，而h g o 的交换是双向的 1 5 引。大气汞浓度和土壤汞浓度正相关，汞含量高的土壤是大气汞的源， 而较高的大气汞浓度会抑制土壤汞的释放，甚至会引起大量的大气汞沉 降到土壤表层。汞污染严重的大气中，大量的气态汞在土壤和大气间局 部、快速的循环【55 1 。 1 4 2 土壤中汞的迁移转化 土壤中的理化环境复杂，微生物、有机质和一些化学物质对对汞的 形态转化起了重要作用。溶解态汞进入土壤后9 5 以上能迅速被土壤吸 附或固定，这主要是土壤的粘土矿物和有机质对汞有强烈的吸附作用， 因此汞也容易在表层累积。表层土壤溶液中的汞主要以hg ( o h ) 2 和 h g c l 2 形态存在，而在氯离子浓度高的盐碱土中，则以h g c l 4 2 。形态为主 【5 引。大气汞进入土壤后，经过一段时间的转化，约有2 4 58 。26 8 6 保留其单质态存在于土壤中，有o 1o o 12 转化为对植物有效的活 性汞，14 56 一l8 7 5 转化为h c i 溶解态的无机汞，o 8 6 5 8 4 转 化为有机结合汞，5 2 6 4 一55 2 9 转化为残留态汞【5 7 】。土壤中的挥发 性汞会向环境中释放，释放通量与土壤中总汞含量、汞的形态、土壤湿 度、大气温度、太阳辐射和地面植被状况等因素有关。有研究表明，气 温越高，土壤汞释放通量越大【58 1 。土壤汞的挥发量随土壤汞负荷的增 加而增加，被溶解性汞污染的土壤汞挥发量大于被h g s 污染的土壤【59 1 。 白天土壤汞释放通量大于夜间【60 1 。太阳辐射与土壤汞释放呈正相关。 太阳辐射会使土壤温度升高，微生物活性增强，二价汞易被还原成零价 汞。此外，u v b 可以减少土壤结合汞，使土壤汞释放显著增加【引】。地 面植被可以阻挡阳光，降低土壤温度，减弱光化学还原作用，减慢零价 汞的形成，降低汞释放通量【62 1 。森林采伐区的大气。土壤汞交换通量明 显高于非采伐森林区，主要是由于采伐区土壤汞温度较高造成的【6 3 】。 降水后土壤汞的释放通量会增加，但是与降水前的土壤湿度有关。降水 前土壤较干( 含水率为5 6v 0 1 ) 时，降水后土壤释汞量增加12 16 倍； 降水前土壤较湿( 含水率 15v o l ) 时，h g o 的释放通量与降水前相 比没有增加。这是由雨水浸透，使土壤间隙中气态汞发生物理迁移引起 8 桂林理工大物士学位论文 的。降雨后增加的h g o 释放通量与降雨前土壤湿度可以用一个衰减指数 函数很好的关联64 1 。此外，土壤汞的释放还与有机质含量和土壤p h 值 等有关。添加了有机质的土壤汞释放量明显较低，因为有机质对汞有很 强的吸引力，添加有机质的量与土壤释放汞的量呈反比。土壤p h 升高， 土壤汞释放通量增加1 65 1 。 1 4 3 植物中汞的迁移转化 植物在汞的生物地球化学循环中有重要作用。植物的地上部分能够 吸收大气中的汞，根系能够吸收土壤中的汞。植物中的汞源于大气时， 其地上部分汞含量高于根部；源于土壤时，则根部汞含量高于地上部分 ”6 1 。在自然条件下，蔬菜所吸收的汞6 0 以上分布予地上部的可食部 分。刘德绍等的盆栽试验表明，大气汞和土壤汞对蔬菜汞的贡献率分别 为7 0 4 9 0 7 和9 3 一2 9 6 ，与土壤汞相比大气汞是蔬菜中汞更为 重要的来源【6 1 7 1 。l u d w i gd et e m m e r m a n 等人【6 8 】对叶菜类蔬菜的研究没 有发现根吸收汞和进一步向叶迁移的证据，大气中气态汞是蔬菜中汞的 最重要来源。植物嫩枝中的汞与土壤中水溶态、交换态、有机结合态、 铁氧化物结合态和酸溶态汞的含量相关f 59 1 。植物幼苗根主要吸收土壤 中小分子有机质结合的汞( f a 结合态汞) ，并在根部累积，其他形态的 汞可以转化为f a 结合态汞，残渣态汞是植物根吸收的库源。土壤汞植 物利用率较低，可被带出土壤的汞量有限【6 9 】。植物的