出品：科普中國
作者：袁巍 賈龍玉 馮新斌（中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所）
監(jiān)制：中國科普博覽
相信大家對水銀體溫計都不陌生，但眾所周知，水銀是一種具有生物毒性的重金屬，《關(guān)于汞的水俁公約》也明確規(guī)定：“自2026年1月1日起，禁止生產(chǎn)含汞體溫計和含汞血壓計。”
那么問題來了：汞到底會給生物帶來什么傷害？游離在自然界中的汞，會不會被植物吸收呢？
（圖片來源：Veer圖庫）
狡黠的殺手——汞
汞具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，常溫常壓下，汞是唯一的呈現(xiàn)為液態(tài)的重金屬，且能夠在大氣中以氣態(tài)單質(zhì)的形式長期穩(wěn)定存在。在自然界中，汞屬于痕量重金屬元素，含量很低，但是其生物毒性極強。尤其是甲基汞，即使是極低含量的甲基汞暴露也能夠造成明顯的生態(tài)毒性。
上個世紀(jì)60年代發(fā)生在日本的“水俁病”事件，就是歷史上最為嚴(yán)重的一次汞中毒事件。工廠將工業(yè)生產(chǎn)中大量未經(jīng)處理的含有汞的廢水排放到水俁灣，水生環(huán)境中的汞轉(zhuǎn)化成了劇毒甲基汞，沿著食物鏈能夠生物放大100萬倍，居民長期食用此種含汞的海產(chǎn)品，便成為此次甲基汞污染事件的受害者。
水銀
（圖片來源：Veer圖庫）
汞作為一種全球性污染物，可隨大氣環(huán)流進(jìn)行長距離遷移。為了保護(hù)人類以及環(huán)境免受汞污染的影響，《關(guān)于汞的水俁公約》從2017年8月16日起正式生效。簽約國要遵守國際汞公約，減少含汞產(chǎn)品的使用和人為汞排放。
全球大氣汞的總儲庫約為5000~5500噸，其中人為源汞排放通量的研究相對清楚，約為2000噸/年，而自然源汞排放過程則存在極大的不確定，當(dāng)前科學(xué)界難以準(zhǔn)確估算其通量。尤其是，全球森林生態(tài)系統(tǒng)與大氣間汞的交換估算為“-727~703噸/年”，這就使得科學(xué)家無法確定森林生態(tài)系統(tǒng)到底是大氣汞的源還是匯。
因此，準(zhǔn)確估算森林與大氣間汞的源匯關(guān)系，有利于《水俁公約》履約過程中責(zé)任的合理劃分，為科學(xué)地進(jìn)行履約談判提供合理支撐。
除了害人，汞會不會去禍害植物？
懷揣著這樣的疑問，中科院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國家重點實驗室馮新斌研究員帶領(lǐng)的汞的區(qū)域生物地球化學(xué)循環(huán)研究團(tuán)隊，以云南山哀牢山亞熱帶常綠闊葉林森林為研究對象，開展了植被葉片對汞的吸收以及根系中的汞生物地球循環(huán)的研究，運用天然汞穩(wěn)定同位素解析了植物體葉片和根中汞的來源及遷移機制，取得了重要的研究進(jìn)展。
大多數(shù)重金屬能夠被植被根系從土壤中吸收，再隨著蒸騰過程等生物作用向上傳輸進(jìn)入到植被地上組織，最終達(dá)到葉片，但植被吸收汞的過程是明顯不同的。
（圖片來源：Veer圖庫）
植物葉片表面能夠吸附大氣中的氣態(tài)單質(zhì)汞，一部分汞也能夠隨著氣孔的光合/呼吸過程進(jìn)入到葉片內(nèi)部。另外，植被根系能夠從土壤中以水溶液的形式吸收汞離子，但是被吸收后的汞在根系導(dǎo)管中的傳輸距離非常有限，因此不能夠傳輸?shù)降厣喜糠帧?/strong>
所以說，植物中的汞濃度通常是處于幾個到幾十個ppb（10-9克/克），濃度是非常少的，因此并不會對植物體造成毒害效應(yīng)。但是特殊情況下，例如在某些污染地區(qū)，植物體中的汞濃度達(dá)到幾十到上百個ppm（10-6克/克）的時候，會明顯影響植物的生理過程。
植物中的汞，到底從哪來，又會到哪去？
汞穩(wěn)定同位素組成特征經(jīng)常被稱為汞的生物地球化學(xué)指紋譜，因為它就像指紋一樣，能夠示蹤汞的來源以及參與的特殊反應(yīng)。
我們知道，原子是由原子核和核外電子組成的，其中原子核由一定數(shù)量的質(zhì)子和中子構(gòu)成。同位素則是具有相同的質(zhì)子數(shù)，但是中子數(shù)不同的原子。汞在自然界中有7種穩(wěn)定同位素,分別為196Hg，198Hg，199Hg,200Hg，201Hg,202Hg,204Hg。汞在自然界中不同的端元中表現(xiàn)出明顯不同的汞同位素特征，使得我們能夠利用汞同位素有效地指示汞的來源。
例如，植被根系的汞同位素非質(zhì)量分餾的指紋特征繼承了土壤剖面中的汞同位素分餾指紋特征，而明顯不同于地上部分（樹干、樹葉等），就證明了植被根系中的汞主要來源于土壤，而并非來自于地上組織的傳遞。
植被根系的生物量巨大，能夠占到植被整體的22%，不僅對植物起著支撐的作用，且在植物體的物質(zhì)運輸中起著重要的作用。之前有觀點認(rèn)為，葉片吸收的大氣汞可能向下運輸?shù)街参锏母怠Ｒ虼?，植被根系可能是大氣汞重要的匯。
（圖片來源：Veer圖庫）
而中科院地球化學(xué)研究所最新的研究證實，植被根系主要通過細(xì)根根皮吸收土壤溶液中的汞離子，一部分汞能夠從根皮轉(zhuǎn)移到根的中柱，這就使得根皮的汞濃度大概是根中柱的6~10倍，也使得細(xì)根中的汞濃度明顯大于粗根的汞濃度。根中被吸收的汞沿著導(dǎo)管的向上的遷移過程極弱，這就使得表層的根汞濃度明顯高于底層汞濃度。
另外，根系的死亡能夠?qū)е赂滴盏墓匦箩尫呕赝寥?，這對于植物而言是一種解毒機制，對于土壤而言能夠造成根際土汞濃度的富集。
講個冷知識：全球森林可以吸收大量的汞，每年吸收的汞總量約等于人類活動排放的汞。但是目前由于人們對地下根系中汞的來源以及儲存的汞儲量缺乏認(rèn)識，導(dǎo)致估算森林汞匯時存在很大不確定性。
中科院地球化學(xué)研究所的研究證實了植被根系汞主要來源于土壤，而非植物地上部分的轉(zhuǎn)運，這否定了前人提出的根系是大氣零價汞匯的觀點，因此植被根系不應(yīng)被納入全球大氣汞匯的估算。
當(dāng)前，我們正面臨著汞減排與履約的雙重壓力，正在積極地進(jìn)行《關(guān)于汞的水俁公約》的履約。而履約相關(guān)政策的制定與減排措施執(zhí)行成效的檢驗，都必須建立在對全球汞生物地球化學(xué)循環(huán)規(guī)律科學(xué)認(rèn)識的基礎(chǔ)上，中國的科學(xué)家們正在這條探尋真相的路上不斷前進(jìn)。
編輯：孫晨宇
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