近年来，稻米甲基汞污染问题以及由此导致的人体甲基汞暴露风险日益受到人们的关注。研究证实，稻米中的甲基汞主要来自于稻田土壤中无机汞的甲基化过程。因此，厘清稻田土壤中汞的关键形态转化过程尤为重要。前期有关稻田土壤汞形态转化的工作主要聚焦于无机汞的甲基化以及甲基汞的去甲基化过程。然而，稻田土壤汞的氧化还原过程如何影响甲基汞的净生成量仍不清楚。大气硫沉降以及含硫肥料施加影响着稻田土壤中硫元素的氧化还原循环；有研究指出，大气硫沉降是控制土壤甲基汞生成的主要影响因素之一。近年来，由于大气硫沉降量的下降，含硫肥料的施用成为了农田系统中硫元素的重要来源。因此，含硫肥料施用对稻田土壤中汞的形态转化过程至关重要，且尚不清楚。
最近，来自中国科学院地球化学研究所冯新斌研究员领导的研究团队，采用单一富集稳定同位素示踪技术，通过合成无机汞同位素示踪剂（200HgII），甲基汞同位素示踪剂（Me198Hg）以及单质价汞同位素示踪剂（202Hg0），分别示踪稻田土壤中汞的甲基化、去甲基化、还原以及氧化过程。另外，通过外源添加两种含硫化合物（硫酸盐和硫代硫酸盐），探究硫氧化还原循环对汞形态转化的影响机制。
研究发现，除常规已知的无机汞甲基化和甲基汞去甲基化过程外，稻田土壤中还存在微生物介导的无机汞暗还原、零价汞的甲基化以及甲基汞的暗还原过程。在淹水的稻田土壤中，不同形态汞（HgII，MeHg和Hg0）之间的相互转化并非独立过程，而是微生物介导的耦合过程。传统认为HgII的还原与甲基化过程存在竞争关系，然而在该微宇宙模拟实验体系下，研究人员发现HgII/Hg0迅速的氧化还原过程能够促进甲基汞的生成。另外，本研究还发现，土壤中外源硫输入促进了稻田土壤中HgII的甲基化过程，并且外源硫添加主要通过促进硫酸盐还原菌活性的途径，进而促进HgII的甲基化过程。
稻田土壤汞形态转化过程示意图
上述研究成果在环境科学领域重要期刊Environmental Science & Technology上发表。该研究得到了国家自然科学基金（42022024, 41931297, 41921004, 42107442）和中国科学院“西部之光”重点实验室专项等项目的资助。
论文信息：Liu, J., Chen, J., Poulain, A.J., Pu, Q., Hao, Z., Meng, B*., Feng, X., 2023. Mercury and Sulfur Redox Cycling Affect Methylmercury Levels in Rice Paddy Soils across a Contamination Gradient. Environ. Sci. Technol.
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c02676
（冯新斌课题组/供稿）