相信大家对水银体温计都不陌生，但众所周知，水银是一种具有生物毒性的重金属，《关于汞的水俣公约》也明确规定：“自2026年1月1日起，禁止生产含汞体温计和含汞血压计。”
那么问题来了：汞到底会给生物带来什么伤害？游离在自然界中的汞，会不会被植物吸收呢？
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(资料图片仅供参考)
01
狡黠的杀手——汞
汞具有特殊的物理化学性质，常温常压下，汞是唯一的呈现为液态的重金属，且能够在大气中以气态单质的形式长期稳定存在。在自然界中，汞属于痕量重金属元素，含量很低，但是其生物毒性极强。尤其是甲基汞，即使是极低含量的甲基汞暴露也能够造成明显的生态毒性……
上个世纪60年代发生在日本的“水俣病”事件，就是历史上最为严重的一次汞中毒事件。工厂将工业生产中大量未经处理的含有汞的废水排放到水俣湾，水生环境中的汞转化成了剧毒甲基汞，沿着食物链能够生物放大100万倍，居民长期食用此种含汞的海产品，便成为此次甲基汞污染事件的受害者。
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汞作为一种全球性污染物，可随大气环流进行长距离迁移。为了保护人类以及环境免受汞污染的影响，《关于汞的水俣公约》从2017年8月16日起正式生效。签约国要遵守国际汞公约，减少含汞产品的使用和人为汞排放。
全球大气汞的总储库约为5000~5500吨，其中人为源汞排放通量的研究相对清楚，约为2000吨/年，而自然源汞排放过程则存在极大的不确定，当前科学界难以准确估算其通量。尤其是，全球森林生态系统与大气间汞的交换估算为“-727~703吨/年”，这就使得科学家无法确定森林生态系统到底是大气汞的源还是汇。
因此，准确估算森林与大气间汞的源汇关系，有利于《水俣公约》履约过程中责任的合理划分，为科学地进行履约谈判提供合理支撑。
除了害人，汞会不会去祸害植物？
怀揣着这样的疑问，中科院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室冯新斌研究员带领的汞的区域生物地球化学循环研究团队，以云南山哀牢山亚热带常绿阔叶林森林为研究对象，开展了植被叶片对汞的吸收以及根系中的汞生物地球循环的研究，运用天然汞稳定同位素解析了植物体叶片和根中汞的来源及迁移机制，取得了重要的研究进展。
大多数重金属能够被植被根系从土壤中吸收，再随着蒸腾过程等生物作用向上传输进入到植被地上组织，最终达到叶片，但植被吸收汞的过程是明显不同的。
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植物叶片表面能够吸附大气中的气态单质汞，一部分汞也能够随着气孔的光合/呼吸过程进入到叶片内部。另外，植被根系能够从土壤中以水溶液的形式吸收汞离子，但是被吸收后的汞在根系导管中的传输距离非常有限，因此不能够传输到地上部分。
所以说，植物中的汞浓度通常是处于几个到几十个ppb（10-9克/克），浓度是非常少的，因此并不会对植物体造成毒害效应。但是特殊情况下，例如在某些污染地区，植物体中的汞浓度达到几十到上百个ppm（10-6克/克）的时候，会明显影响植物的生理过程。
植物中的汞，到底从哪来，又会到哪去？
汞稳定同位素组成特征经常被称为汞的生物地球化学指纹谱，因为它就像指纹一样，能够示踪汞的来源以及参与的特殊反应。
我们知道，原子是由原子核和核外电子组成的，其中原子核由一定数量的质子和中子构成。同位素则是具有相同的质子数，但是中子数不同的原子。汞在自然界中有7种稳定同位素,分别为196Hg，198Hg，199Hg,200Hg，201Hg,202Hg,204Hg。汞在自然界中不同的端元中表现出明显不同的汞同位素特征，使得我们能够利用汞同位素有效地指示汞的来源。
例如，植被根系的汞同位素非质量分馏的指纹特征继承了土壤剖面中的汞同位素分馏指纹特征，而明显不同于地上部分（树干、树叶等），就证明了植被根系中的汞主要来源于土壤，而并非来自于地上组织的传递。
植被根系的生物量巨大，能够占到植被整体的22%，不仅对植物起着支撑的作用，且在植物体的物质运输中起着重要的作用。之前有观点认为，叶片吸收的大气汞可能向下运输到植物的根系。因此，植被根系可能是大气汞重要的汇。
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而中科院地球化学研究所最新的研究证实，植被根系主要通过细根根皮吸收土壤溶液中的汞离子，一部分汞能够从根皮转移到根的中柱，这就使得根皮的汞浓度大概是根中柱的6~10倍，也使得细根中的汞浓度明显大于粗根的汞浓度。根中被吸收的汞沿着导管的向上的迁移过程极弱，这就使得表层的根汞浓度明显高于底层汞浓度。
另外，根系的死亡能够导致根系吸收的汞重新释放回土壤，这对于植物而言是一种解毒机制，对于土壤而言能够造成根际土汞浓度的富集。
讲个冷知识：全球森林可以吸收大量的汞，每年吸收的汞总量约等于人类活动排放的汞。但是目前由于人们对地下根系中汞的来源以及储存的汞储量缺乏认识，导致估算森林汞汇时存在很大不确定性。
中科院地球化学研究所的研究证实了植被根系汞主要来源于土壤，而非植物地上部分的转运，这否定了前人提出的根系是大气零价汞汇的观点，因此植被根系不应被纳入全球大气汞汇的估算。
当前，我们正面临着汞减排与履约的双重压力，正在积极地进行《关于汞的水俣公约》的履约。而履约相关政策的制定与减排措施执行成效的检验，都必须建立在对全球汞生物地球化学循环规律科学认识的基础上，中国的科学家们正在这条探寻真相的路上不断前进。
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编辑 | 孙晨宇
作者 | 袁巍 贾龙玉 冯新斌（中国科学院地球化学研究所）
监制 | 中国科普博览
关键词： 汞同位素 地上部分 中科院地球化学研究所
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