汞及其有机化合物(甲基汞)具有强神经毒性、脂溶性和高生物富集性特征。自日本发生“水俣病”事件后,环境中汞污染问题一直受到人们广泛关注。上世纪70年,Smith首次发现了新建水库鱼体中甲基汞含量升高超出了世界卫生组织建议的食用卫生标准(≤1.0 mg kg-1,湿重)的现象。之后的一系列研究进一步发现,在新建水库环境中,汞会通过活化、甲基化、食物链吸收传递,逐级放大。鱼体对水体中甲基汞的生物富集系数通常在104~107范围内,即水体中的甲基汞浓度低,但通过水生食物链传递放大以后,鱼类等高营养层次生物体内可能出现很高的甲基汞污染。由此,水库被认为是典型的“汞敏感生态系统”。我国是“水库大国”,到2013年初,仅长江流域就已经建成各类水库4.7万座,其中大型水库173座,总库容量1978亿m31)长寿湖水库水体不同季节总汞、总甲基汞浓度在表层和垂直空间表现出明显差异。总,占长江水库总库容的78%。同时,三峡水库属于长江高山峡谷蓄水形成的特大调节型水库,库区汞本底值相对较高,流域山高坡陡,土地垦殖率高,且人为农业活动(耕地种植、网箱养鱼)频繁活跃等因素,使得库区流域环境问题不容忽视。因此,加强对库区水环境汞生物地球化学系统研究显得尤为重要。由于三峡水库由一系列水域构成,开展小流域汞的生物地球化学行为研究是了解流域环境对水体汞影响的突破口。基于此,本文选择三峡库区一重要支流水库——长寿湖水库为研究对象,采用现场调查采样与室内实验分析相结合的研究方法,对汞在长寿湖水库水体的分布、水体-大气界面、沉积物-水界面的交换特征,鱼体汞富集的生物地球化学特征,以及水库汞的质量平衡进行系统研究,以期为三峡库区支流水库区域汞循环模式提供有力的数据支撑,同时也为探讨三峡水库蓄水运行后可能引起的汞活化效应及相关生态环境问题提供科学依据。结果表明:ii汞浓度平均值为(14.77±12.24)ng·l-1,总甲基汞浓度平均值为(0.41±0.47)ng·l-1。表层水体各形态汞的块金效应值表明各形态汞的分布一方面受水温、ph、氧化还原环境等水库内在属性的影响,另一方面与人为活动外源输入有关;溶解态甲基汞主要来源于水库水体内部汞的甲基化;而颗粒态甲基汞则主要来源于流域地表径流带入的外源输入。长寿湖水库水体mehg/thg的比例总体较高,而dmehg/mehg的比例绝大部分均高于50%,这一结果表明长寿湖水体内在环境条件利于汞的甲基化。适宜的水温有利于提高长寿湖水库水中微生物的活性,从而促进汞的甲基化作用,较低温度抑制汞的甲基化或者有利于汞脱甲基化进程。夏秋季采样点垂直剖面上溶解态甲基汞浓度在表层下4~8m出现峰值,随之其值降低近湖底部再次跃增。颗粒态甲基汞浓度峰值出现表层下8~20m而非在沉积物-水体界面处,主要与上层水体颗粒物吸附甲基汞的沉降有关。夏季、春季水体dmehg浓度与do相关关系(r=-0.482**,p<0.05;r=-0.339*,p<0.01),秋季和冬季不具有相关性。2)长寿湖水库溶解气态汞受到水环境多因素直接或间接影响,存在明显季节变化。全年溶解气态汞范围为5~85pg·l-1,平均浓度26pg·l-1,其中夏季、春季浓度高于秋季浓度和冬季浓度。在全年绝大多数时间长寿湖水库表层水溶解气态汞呈过饱和状态,意味着富营养化条件利于水体中hg0的生成和向大气释放。全年采样期间长寿湖水气界面汞交换通量平均为(2.1±6.0)ng·m-2·h-13)长寿湖水库沉积物总汞平均值(44.8±16.9)ng·g。汞交换通量最高发生在夏季。通径分析发现影响水-气界面释汞通量直接效应主要为水体汞浓度、光照强度和紫外线强度;间接效应主要为紫外线强度、光照强度、风速,其中风速通过紫外线间接作用高于风速本身对水-气界面汞交换通量的影响。因此,水气界面交换通量受到两方面制约:一方面光照强度、紫外线强度、水体汞浓度直接或间接影响着水体溶解气态汞的生成;另一方面风速大小影响着水面上方大气汞浓度扩散梯度,从而影响着水-气界面交换通量。-1,接近于我国土壤中汞的几何平均值,低于三峡库区消落带土壤汞含量平均值。长寿湖水库沉积物甲基汞平均值(0.38±0.41)ng·g-1。间隙水中无机汞浓度季节趋势:秋季>夏季>春季>冬季。沉积物/间隙水总汞固液分配系数kdthg平均值4.8×103l·kg-1。各季节沉积物/间隙水总汞固液分配系数依次为:冬季>春季>秋季>夏季。沉积物甲基汞固液分配系数kdmehg平均值7.1×102l·kg-1,各季节甲基汞固液分配系数分别为:冬季>春季>夏季>秋季。全年间隙水dmehg/dhg(%)平均值为23.1%±7.5%,属于中等甲基汞产率湖泊。水库垂直剖面间隙水甲基汞峰值出现在表层下16cm和28cm,可能硫酸盐还原细菌活动扩展到更深的区域,从而导致了沉积物深处甲基化率的提高。间隙水溶解态甲基汞在秋季和夏季向上覆水体扩散通量远高于冬季。4)长寿湖水库不同营养级别鱼类、不同鱼体器官的总汞、甲基汞差异性明显。鱼体总汞平均值为(55.9±29.6)ng·g-1,甲基汞平均值(26.3±19.6)ng·g-1,远远低于食用水产品标准、和食品污染物限量标准,没有发现类似北欧、美国水库鱼体汞普遍超标现象。不同营养级别鱼类总汞大小依次为:鳜鱼>鲶鱼>黄颡鱼>翘嘴红鲌>胭脂鱼>鲫鱼>团头舫>鲤鱼>草鱼。鱼体器官中总汞含量高低依次为:鱼体肌肉>心脏>肝>鳃>脂肪>鱼鳔>卵>脑。不同营养级别鱼类甲基汞大小顺序依次为:肉食性鱼类>杂食性鱼类>草食性鱼类。鱼体器官中甲基汞含量高低依次为:心脏>脂肪>肝>肌肉>脑>鱼鳔>鳃>卵。鱼体甲基汞占总汞比例为(47.3±17.8)%。鱼体肌肉总汞的富集系数最高,其次为心脏。鱼体心脏甲基汞富集系数最高,其次为肝脏。健康风险评估结果显示,各年龄段人群食用长寿湖鱼类HQ(RfD230)均小于1,表明不存在甲基汞暴露的风险,食用长寿湖水库鱼类是安全的。5)根据水库汞质量平衡模型,估算出长寿湖水库是总汞的“汇”,每年长寿湖水库截留净总汞量为4103g;长寿湖水库是甲基汞的“源”,每年水库产生净甲基汞量331g。长寿湖水库中总汞输入年通量顺序依次为:河流输入>间隙水扩散>大气湿沉降>沉积物再悬浮。其中,河流输入是水库总汞的极其重要来源。总汞输入的主要转移过程为:上一环境系统→水相转移、间隙水扩散→水相转移。水库总汞输出年通量顺序依次为:河流输出>水体悬浮颗粒物沉降>水气界面挥发>鱼体吸收>沉积物掩埋。总汞输出主要过程:水相→下一环境系统转移、水相→固相转移、水相→气相转移。长寿湖水库甲基汞输入年通量顺序依次为:间隙水扩散>河流输入>湿沉降>沉积物再悬浮。其中,间隙水的扩散是水库甲基汞的首要来源,河流输入长寿湖水库甲基汞的第二大来源。甲基汞输入的主要转移过程为:上一环境系统→水相转移、沉积物相→水相转移。甲基汞输出年通量顺序依次为:河流输出>鱼体吸收>水体悬浮颗粒物沉降>沉积物掩埋。甲基汞输出的主要转移过程为水相→下一环境系统转移、水相→生物相转移。