燃煤电厂周边土壤中汞的分布和累积研究进展①

司徒高华，王飞儿*，何云峰，俞 洁，王 昊，蔡 武（ 浙江大学环境与资源学院，杭州 30058； 浙江省环境监测中心，杭州 300）



燃煤电厂周边土壤中汞的分布和累积研究进展①

司徒高华1，王飞儿1*，何云峰1，俞 洁2，王 昊1，蔡 武1
（1 浙江大学环境与资源学院，杭州 310058；2 浙江省环境监测中心，杭州 310012）

摘 要：汞（Hg）是唯一以气态形式存在于大气环境中的有毒重金属污染物。燃煤电厂作为最重要的人为Hg排放源之一，其释放的Hg可随大气环流运输和转化，并通过干湿沉降进入到陆地和海洋生态系统，造成局域、区域和全球范围内的Hg污染。研究燃煤电厂排放的Hg在大气中的沉降规律及其在土壤中的累积特点，对于深入了解燃煤电厂Hg排放的生态影响具有重要意义。本文综述了燃煤电厂Hg排放污染土壤的途径，分析了电厂周围土壤Hg的浓度水平和空间分布特点，总结了影响土壤Hg分布的主要因素，并对将来的研究方向提出了展望。

关键词：汞；燃煤电厂；干湿沉降；分布；累积

汞（Hg）是环境中一种生物毒性极强的重金属污染物，具有持续性、迁移性、沉积性和生物富集的特点，且甲基汞（MeHg）能通过食物链逐层放大，在高营养级生物中高度富集并通过人体的血脑屏障，对人的中枢神经系统产生严重危害。2013年旨在控制和减少全球Hg排放的《水俣公约》签订生效，标志着全球Hg减排迈出重要一步。

燃煤电厂（CFPPs）是重要的人为 Hg排放源。据联合国环境规划署的最新调查研究显示［1］，2010年全球因煤炭燃烧向大气排放Hg 474 t，占人类活动总排放量的24%，其中超过85% 的排放量来自于燃煤电厂和工业用途。在中国很多地区，燃煤电厂是最重要的Hg排放源。Streets等［2］估算1999年中国电厂总Hg排放量为68.0 t，占煤炭燃烧释放量的33.6%，占人类活动总排放量的12.7%。Wu等［3］估计从1995至2003年，中国从燃煤电厂向大气排放的Hg从63.4 t增加到100.1 t，年均增长率为5.9%，增速居耗煤行业之首。Tian等［4］估计2007年中国燃煤电厂释放的Hg增至132 t。虽然统计和估算方法不尽相同，且存在一定的不确定性，但总体而言我国燃煤电厂Hg排放量呈上升态势。

燃煤电厂排放的Hg主要有3种形态：气态零价汞（Hg（0））、活性气态汞（RGM，Hg（Ⅱ））和颗粒态汞（Hg（p））。不同形态的Hg进入大气后能有效地分散和输送，引起局域、区域乃至全球范围内Hg浓度的升高；大气中的Hg通过干湿沉降后成为陆地生态系统Hg污染的重要来源。进入土壤中的Hg通过吸附作用被土壤固定，在物理、化学和生物作用下发生形态转化，如 Hg（0）的氧化、Hg（Ⅱ）的还原或甲基化反应。被吸附的Hg经解吸作用又可以通过土壤-大气界面释放至大气中（气迁移），或随地表径流及渗透作用进入地表和地下水体（水迁移），也会通过植物根系吸收进入植物体内（生物迁移）。整个过程见图1。

1 燃煤电厂汞排放污染土壤的途径

土壤中Hg的来源主要包括自然源、人为源和环境介质二次释放后沉降。燃煤电厂排放的Hg主要经大气干湿沉降进入地面，是陆地生态系统土壤Hg污染的重要来源。Wang等［5］结合2007年的调查数据用GEOS-Chem模型估计中国大陆燃煤电厂总Hg排放量为 123.3 t，对大气干沉降和湿沉降的贡献分别为13.3%（2.0 t）和9.1%（1.1 t）。不同形态的Hg对土壤的污染程度和范围不同。Hg（0）具有较高的蒸汽压和较低的水溶性，大气停留时间很长（0.5 ～ 2 a），能在区域和全球范围内输送，引起全球Hg污染；RGM具有较高的水溶性和界面反应活性，在大气中的停留时间较短，能在排放源附近沉降，引起局部土壤Hg浓度升高；Hg（p）的沉降速度和大气停留时间与排放源特性及大气温度有关，也是引起局部土壤Hg污染的重要因素［6-8］。

图1 燃煤电厂排放的Hg的迁移转化Fig.1 Migration and transformation of Hg from coal-fired power plants （CFPPs）

1.1 湿沉降

大气Hg的湿沉降机理主要反映在Hg（0）的湿沉降过程，即 Hg（0）先在云中被 O3液相氧化再以水溶性Hg（Ⅱ）的形式随雨滴下落，或是先被大气中的·OH 和O3气相氧化再在云下被雨滴吸收［8］。Hg（p）对湿沉降的贡献或是经云滴活化后成为水溶性的 Hg（Ⅱ），或是以颗粒物的形式直接被雨水冲刷［9］。燃煤电厂释放的Hg是当地大气湿沉降中Hg浓度升高和Hg湿沉降量的重要贡献者。White等［10］发现燃煤电厂1 km范围内降水中的 Hg浓度可比区域代表点处高出72%，且在近源场夏季降雨中有42% 的 Hg浓度源于邻近的燃煤电厂Hg排放源。Sherman等［11］研究了美国弗罗里达洲某大型燃煤电厂附近 Hg湿沉降时也发现近源场和远源场处降水中的 Hg浓度分别为4.0 ～ 140 ng/L和18 ～ 70 ng/L，并用稳定同位素技术区分了不同来源 Hg排放的影响作用。Keeler等［12］发现斯托本维尔市2003和2004年的年均Hg湿沉降量分别为13.5 μg/（m2·a）和19.7 μg/（m2·a），并借助受体模型估算出湿沉降中70% 的Hg来自于煤炭燃烧释放。Dutt等［13］研究了新南威尔士州燃煤电厂对大气Hg湿沉降的贡献，发现近源场和远源场Hg的日均湿沉降通量分别为79.8 ng/m2和49.9 ng/m2，推断出燃煤电厂附近湿沉降通量增加主要是降水对RGM 和Hg（p）的清除所致。此外，大气Hg的湿沉降也是某些生态系统中甲基汞的重要来源。St Louis等［14］发现，降雨和降雪中的甲基汞浓度大约占总 Hg的0.5% ～ 2.5%，在某些特殊情况下，甲基汞占比甚至能超过10%。

1.2 干沉降

大气Hg的干沉降占据了绝大多数沉降时间，其主要的途径有两种：一是Hg（0）和RGM的直接沉降，二是与大气颗粒物结合后以 Hg（p）沉降［8］。Hg（0）和RGM的干沉降速率与温度、地表湿度、风速等气象条件和植被覆盖类型、土壤表面条件等地质地貌特点有关［15］。Hg（0）在大气-陆地表面呈双向交换特征，当周围大气Hg（0）浓度较低时，在无植被覆盖的裸地或郁闭度小的陆地表面呈白天释放夜间沉降规律；在周围大气 Hg（0）浓度较高时也发现白天沉降现象［15］。Mao和Talbot［16］关于Hg（0）和RGM在陆地昼夜循环的研究也发现晚上呈现较高的干沉降去除率，此项研究进一步表明Hg（0）的干沉降是大气Hg沉降的主要贡献者。Hg（p）的干沉降速率主要取决于颗粒物的粒径，亚微米级颗粒物沉降缓慢而超微米级颗粒物沉降相对较快［7］。Liang等［17］研究厦门岛表层土和降尘中Hg的分布特征时发现，降尘Hg浓度在西南部最高且浓度由西南向东北递减，同时表层土样 Hg浓度在西南部也呈现较高值，由此推断厦门岛西南方的燃煤电厂是降尘 Hg的重要来源而降尘是表层土壤Hg的重要来源。Lyman等［18］用替代表面法监测了2007—2008年美国西南部两地的RGM干沉降量，发现在燃煤电厂附近和滨海区域的年均干沉降量分别为1.9 mg/（m2·a）和0.7 mg/（m2·a），燃煤电厂对RGM的干沉降贡献显著。

表1 国内外燃煤电厂周边土壤Hg浓度（mg/kg）Table 1 Hg concentrations in soils around CFPPs in China and other countries

2 汞在燃煤电厂周边土壤中的分布

根据国内外不同燃煤电厂周围土壤Hg的研究结果可知（表 1），总 Hg浓度在不同电厂间差异很大（0.001 ～ 12.0 mg/kg）。其中，塞尔维亚电厂周围土壤Hg浓度最高，为0.9 ～ 12.0 mg/kg（均值2.1 mg/kg），跟欧洲中位值0.037 mg/kg相比富集因子达到17.4 ～730（均值83.1），明显超过塞尔维亚农业土壤Hg的法规限值（2 mg/kg）［19］。希腊4家燃煤电厂周围土壤Hg的浓度最低，为0.001 ～ 0.059 mg/kg（均值0.009 mg/kg），这与电厂所用的贫Hg煤有关［20］。中国几家电厂周围土壤Hg浓度为0.025 ～ 2.105 mg/kg，均超过当地土壤Hg背景值。如陕西宝鸡某1 500 MW燃煤电厂周围土壤中 Hg浓度为 0.137 ～ 2.105 mg/kg［21］（均值0.606 mg/kg），与中国和陕西土壤Hg背景值（分别为0.065 mg/kg和0.101 mg/kg）相比浓度明显增加，高于中国土壤环境质量标准（GB 15618-1995）的限制值0.3 mg/kg而低于临界值1.0 mg/kg，说明50年的电厂运行对附近土壤有明显的Hg污染。

从表层土壤Hg浓度的水平分布看，距离电厂的远近会显著影响土壤中Hg的浓度，但燃煤电厂对表层土壤Hg浓度的影响结果并不一致（图2）。这说明燃煤电厂周围表层土壤Hg的空间差异性较大，其水平分布受多种复杂因素的共同影响。分析土壤Hg在不同风向上的分布规律可知，基本都表现为在电厂主导风向下Hg浓度明显高于上风向和非主导风向，如塞尔维亚［19］、加利西亚［22］、乌兰巴托［23］、安徽芜湖［26］、浙江［28］等地。

电力电量平衡是电力系统调度计划编制的核心,它为电力系统的安全、稳定、经济运行提供了保障[1]。通过预测及保证电力电量的平衡,可以确定未来一段时间电网的基本运行方式,并为设备检修计划、联络线送受电计划、需求侧管理计划、煤炭采购计划以及财务预算计划等制定提供依据。在满足电力电量平衡和电力供应的前提下,能够实现水、火联合发电的经济调度模式,使全网效益最好[2]。为此,电力电量平衡分析一直是研究热点。

图2 燃煤电厂周边土壤Hg浓度随距离的变化（数据来自于文献［21］，［25］，［26］，［28］）Fig.2 Hg concentrations in soils versus distance around CFPPs（data from references ［21］， ［25］， ［26］， ［28］）

从燃煤电厂周边土壤Hg浓度的垂直分布看，基本表现为随土壤深度的增加而降低（图3）。加利西亚燃煤电厂附近最大的Hg浓度总是出现在最上层，即森林土壤的有机层（O层）或荒地土壤的表层（A层），Hg浓度分别为0.217 ～ 0.305 mg/kg和0.08 ～ 0.169 mg/kg，而积淀层（B层）及以下的浓度分别为0.006 ～0.237 mg/kg和0.001 ～ 0.14 mg/kg［22］。宝鸡电厂0 ～ 25 cm和25 ～ 50 cm处的Hg浓度分别为0.197 ～ 2.105 mg/kg和0.137 ～ 1.066 mg/kg［21］。芜湖电厂0 ～ 20、20 ～ 40、40 ～ 60 cm和＞60 cm处的土壤Hg浓度均值分别为0.112、0.079、0.059和0.054 mg/kg［26］，且越到深层变化越弱。由此可见，外源Hg的输入倾向于在土壤表层富集。

3 燃煤电厂周边土壤汞分布的影响因素

Hg在燃煤电厂周围土壤中的分布受内因和外因的双重作用，内因主要包括土壤质地和理化性质；外因主要包括气象条件（如主导风向、温度、降雨量）和人类活动（如农耕、工业生产）。其中，在人类活动的影响中，因电厂排放和随之沉降的Hg对土壤Hg的分布产生了重要影响［24］。

3.1 污染源特征

土壤中的Hg含量源于历史累积，污染源特征如污染物的浓度、形态和污染源类型对不同空间尺度的土壤Hg浓度影响不同，其对小范围（20 km）内的Hg分布有较大影响［30-31］。

燃煤电厂排放的Hg浓度将影响周边大气的Hg浓度，继而通过大气Hg沉降影响土壤Hg含量。如郑剑铭［28］研究发现燃煤电站周围土壤Hg浓度的极大值出现在地表大气Hg浓度较高的区域，说明由电站Hg排放所致的大气Hg浓度升高对土壤Hg含量有一定影响，通过土壤-大气Hg交换进入土壤的Hg较多。电厂所用燃煤的种类主要影响Hg含量和燃烧特性，故在同等条件下低Hg煤释放的Hg浓度比高Hg煤低得多［32］。Martin等［20］发现科扎尼-托勒密（Kozani-Ptolemais）盆地4座燃煤电厂周围土壤Hg浓度均很低（1 ～ 59 µg/kg）；结合电厂燃煤Hg含量分析结果（1.5 ～24.5 µg/kg）可知土壤低Hg含量源于燃煤电厂的低Hg排放浓度。Chung和Chon［23］研究3座燃煤电厂和居民用煤对乌兰巴托土壤和降尘中Hg含量的影响时发现，其Hg含量（0.019 ～ 0.672 mg/kg和0.019 ～ 0.161 mg/kg）低于大多数中国的研究结果，分析这极有可能是煤中的低Hg含量（0.031～0.638 mg/kg）所致。

图3 燃煤电厂周边土壤Hg浓度随深度的变化（数据来源于文献［21］，［22］，［26］）Fig.3 Hg concentrations in soils versus depths around CFPPs （date from references ［21］， ［22］， ［26］）

在燃煤电厂等Hg污染源附近或城市中心，因大量Hg（Ⅱ）化合物和Hg（p）的排放，直接干沉降或被降水冲刷的湿沉降量都明显增加［9］［33］，故污染源的形态对当地大气 Hg的沉降量有很大影响。当污染源中Hg（0）的占比较大而 Hg（Ⅱ）和Hg（p）的占比较小时，土壤Hg含量也相对较低。Tang等［27］研究淮南燃煤电厂附近土壤中环境敏感元素（ESE）的分布时发现，虽然电厂排Hg量（约0.02 Mt/a）较大，但土壤中的Hg浓度（0.001～0.02 mg/kg）却不高，由此推断燃煤电厂排放的主要是Hg（0），因其高挥发性和扩散性在研究范围内（r = 8 km）沉降较少，故对土壤影响较小。郑剑铭［28］发现当烟气中 Hg（Ⅱ）和 Hg（p）浓度占比较低（Hg（Ⅱ）占4.7%，Hg（p）为0）时，Hg（Ⅱ）和Hg（p）的干湿沉降贡献较少，土壤Hg污染不明显，Hg浓度均值（0.180 mg/kg）仅略高于当地背景值（0.176 mg/kg）。

燃煤电厂烟囱的高度将影响Hg的扩散和落地浓度。Fang等［26］发现Hg含量在不同风向上的变化均以距电厂1 km处最大；1 km范围内次之；1 km范围外基本上随距离的增大而减小，推测主要跟燃煤电厂烟囱的高度有关。Yang和Wang［21］发现，A层和B层土壤Hg的最大浓度均出现在距燃煤电厂1 km范围内，但在1 ～ 3 km内，土壤Hg浓度并非随距离增加而递减，表明烟囱高度对扩散距离有一定影响。

3.2 气象条件

进入大气中的Hg会在大气水平、湍流扩散运动及各种不同尺度的扰动下混合和扩散，气象条件和大气其他污染物质能影响排放的Hg在大气中的迁移和转化，继而影响Hg的停留时间和沉降，是Hg在大气-生态系统间循环的重要因素［7-8］。其中，初次效应包括大气温度的升高、风速和降雨量的变化；二次效应与O3的浓度、气溶胶的含量和植物生长环境有关。

风作为重要的气象条件，是影响电厂排放的Hg在大气中扩散和运输的重要因素，对于Hg在土壤中的浓度水平和空间分布有重要影响。风速影响大气Hg的扩散速率；而风向则决定Hg的主要落区。Lu等［34］通过对表层农田土壤Hg浓度研究发现其呈现明显的空间分布特征，Hg浓度从污染源向四周递减，Hg排放后大气的扩散和沉降对土壤 Hg的富集起了重要的作用。Chung和Chon［23］发现在燃煤电厂的下风向出现相对较高的Hg浓度，土壤和降尘样的中位值分别比所有样的中位值高出 64.3% 和 39.4%。陕西宝鸡某燃煤电厂周围表层土壤中Hg浓度呈现明显的地域分布特征，在主导风向上呈高浓度而在非主导风向上浓度较低［21］。Fang等［26］研究发现，土壤 Hg在主导风向和非主导风向上的平均值分别为 0.472 mg/kg和0.153 mg/kg，这说明主导风向对燃煤电厂释放的Hg对土壤的污染影响显著。

温度和降雨量等多种气象条件的混合效应和一系列大气化学反应能影响Hg的大气沉降过程，继而影响地表土壤Hg浓度。当气温升高时，大气中较高含量的氧化剂（O3和 ·OH等）和酸性物质易将 Hg（0）转化为Hg（Ⅱ），从而提高了Hg（Ⅱ）的浓度［35］。此外，不同温度下云中的微观物理学反应也不同，导致夏季与冬季降水对可溶性气溶胶态 Hg（Ⅱ）的去除效率不同［36］。Keeler等［37］发现夏季降水中Hg的浓度和湿沉降量都比冬季高，且Hg湿沉降量和每月的温度有显著的正相关关系。这表明温度能强烈影响Hg在大气中的沉降过程，夏季活跃的光化学反应导致气溶胶中Hg（0）的转化率提高；此外，充沛的降雨量能有效去除从污染源排放到大气中的Hg，使湿沉降中Hg含量明显增加。张国玉［38］发现上海大气Hg湿沉降量与降水量呈现显著正相关关系，降水量是Hg湿沉降量的主要控制因素；且冬季Hg的干湿沉降总量也较低，这主要是低温干燥的气象条件不利于气溶胶粒子对Hg（0）的吸附，而潮湿高温有利于Hg（0）在气溶胶表面的吸附和化学反应，从而能够增加Hg的沉降。

3.3 土地覆盖形式

土地覆盖类型通过影响植物-大气之间的 Hg交换和土壤-大气之间的Hg交换来最终影响土壤Hg的浓度，是影响Hg在陆地生态系统中分布的重要因素。Boszke和Kowalski［39］研究了波兰某工业城市土壤中的Hg浓度的空间分布后发现其与所对应的土地利用类型有很大关系：城市草地和草甸土中浓度最高，林地土中浓度次之，农耕土中浓度最低。

首先，Hg（0）和RGM的干沉降速率与植被覆盖类型和土壤表面条件有关［15］。植被可通过气孔吸收Hg（0）［40］和叶片吸附大气干湿沉降的Hg（0）、RGM和Hg（p）［41］而成为大气 Hg的汇。乔木与灌木、草本植物相比有高大的树冠结构，更易于捕获大气干沉降的Hg，故覆盖类型为林地时易出现较高的土壤 Hg浓度。西班牙某大型燃煤电厂下风向某山地-森林生态系统土壤Hg含量最高达0.3 mg/kg，且主要富集在O层和A层［22］。Nóvoa-Muñoz等［22］认为，这主要源于植被叶片捕集大气Hg（0）后以枯落物的形式落到陆地，从而使得表层土壤Hg含量明显增加。Zhou等［42］发现中国西南某高原森林地表枯枝落叶层平均总 Hg浓度为52 ng/g，大气年均Hg沉降量为76.7 mg/（m2·a），显著高于其他土地覆盖类型，进一步研究发现枯落物沉降（71.2 mg/（m2·a））是Hg进入森林地表的主要形式。

同时，土地覆盖和利用类型能影响土壤Hg的再释放。随着植物冠层的发育，照射到土壤的紫外线减少，Hg（Ⅱ）的光致还原作用减弱，因而土壤Hg的排放通量降低［43-44］。Demers等［45］发现，森林覆盖形式与耕地覆盖相比，除了相对较高的降雨量和高大树冠增加大气Hg沉降量，较低的土壤再释放损失也能使大气 Hg的净沉降量增加，故森林土壤比农田土壤Hg含量更高。Denkenberger等［46］综合了不同土地覆盖形式下土壤中Hg（0）的释放量，发现Hg（0）在农田和牧地土壤中的再释放速率比森林土壤高，推断可能是强烈的太阳辐射和土壤有机质转化双重作用的结果。

3.4 土壤质地和理化性质

燃煤电厂排放的Hg经大气沉降后能被土壤吸附而固定，从而在土壤表层积累；进入土壤中的Hg又可通过土壤侵蚀、降雨淋溶和形态转化而迁移，从而改变其浓度分布。如陕西宝鸡某燃煤电厂周围土壤中总 Hg在垂直方向上的分布差别明显，A层土壤中Hg浓度高（0.692 mg/kg）且呈强烈空间相关；B层土壤Hg浓度较低（0.533 mg/kg）且相关性不强，这除了与电厂Hg排放有关，长期的施肥耕作和土壤理化性质等在一定程度上改变了Hg的空间分布，减弱了空间相关性［21］。王擎运等［47］发现，Hg在典型壤质潮土中的含量主要受到土壤母质的影响，在土壤中的含量较低，对壤质潮土农田生态系统安全影响较小。土壤理化性质如有机质、黏土矿物、金属氧化物、pH、质地等均能影响 Hg在土壤中的停留时间，是影响 Hg在土壤中分布的重要因素［30］。有研究指出，有机质是控制Hg在酸性土壤中迁移的主要因素，而矿物质则主要影响其在中性和碱性土壤中的迁移性［48-50］。

土壤有机质（SOM）能影响Hg的形态和溶解性。首先，SOM中的-OH、-COOH和-SH等官能团能与Hg发生络合或螯合反应生成较稳定的化合物［51］。O Driscoll等［52］研究发现随着外源Hg的进入，土壤中有机结合态Hg和HgS含量增加，这是因为有机质能和进入土壤中的 Hg发生配位螯合作用迅速将其固定。Reimann和de Caritat［53］的研究表明重金属在表层土壤的富集往往是因为生成了有机-金属复合物，SOM的含量将显著影响土壤Hg含量。Obrist等［54］发现美国土壤中的Hg含量与大气Hg沉降量之间的关系并不强，反而与SOM、黏土矿物和纬度明显相关，其中与SOM的富集关系最明显。Nóvoa-Muñoz等［22］也发现燃煤电厂周围最上层（O和 A层）土壤中Hg浓度升高是其释放沉降的Hg与SOM相互作用的结果。其次，SOM对Hg溶解性的影响主要表现在：若Hg与固相有机质相结合，则会降低它的溶解度；若与可溶性有机质如富里酸结合或生成可溶性的螯合物，则能增加它的迁移性［55］。Yang等［48］指出，在外加有机质的土壤中Hg的迁移性显著降低，Hg释放量随有机质添加量的增加而减少，有机质是氧化态Hg还原形成元素Hg的重要因素。但Cattani等［56］也发现可溶性的腐殖酸能将固定相的Hg转化为可溶态的Hg而增加其迁移性。加利西亚某燃煤电厂附近酸性森林土壤的30 ～ 60 cm处的灰化积淀层（Bs层）的总Hg浓度（237 ng/g）高于其表层（O和A层），且高于另两个剖面的蒙脱石聚集及矿物风化层（Bw层）（106 ng/g 和124 ng/g）［22］。Nóvoa-Muñoz等［22］推断深层土壤剖面Hg浓度升高与土壤母质的关系不大，而是Hg或部分吸附 Hg的金属-有机复合物在土壤灰化过程的酸性淋溶作用下沿着土壤剖面向下迁移沉积的结果。曾昭婵等［57］在研究土壤 Hg在垂直方向的分布特征时发现，剖面Hg的最大值均出现在上层土壤中（0 ～ 40 cm），当土壤深度大于80 cm时Hg含量大幅降低。这主要是表层土壤存在大量的植物根系、枯枝落叶等使得其有机质含量更为丰富，从而影响了Hg在表层土壤的吸附和固定作用。

土壤中的次级矿物质因具有很高的比表面积而对Hg有很强的吸附性，主要通过吸附-解吸作用控制Hg在土壤中的含量和生物有效性。黏土矿物、无定型的Fe/Mn氧化物/氢氧化物及FeS是Hg重要的无机吸附剂。氢氧化物因含有与Hg结合所需的活性组分，能形成较强的 Hg-OH共价键而牢固吸附 Hg［50］；而FeS对Hg的吸附主要是在还原条件下形成了HgS沉淀。Fang等［26］发现粉砂粒与土壤中Hg含量存在一定的负相关性，推断出土壤粒度愈细，Hg含量越大，尤其在深层土壤中，粒度是Hg含量的主要控制因素。

pH能影响Hg的溶解度和化学形态，从而显著影响Hg在土壤中的迁移性和停留时间。pH对Hg溶解度的影响是一个变化过程：当pH= 3时，Hg的溶解度最低；当pH在5或者11附近，Hg的溶解度较大［58-59］。章明奎等［60］发现随着Hg添加量的增加，土壤中可交换态Hg明显增加，其中pH是影响土壤Hg有效性最重要的因素，其对土壤 Hg的吸附-解吸和形态转化有很大影响，土壤酸化可显著促进土壤Hg的释放。Martín等［24］也发现土壤Hg浓度与pH有显著的负相关关系（r =-0.45）。另外，有研究指出［61］，pH和铝氧化物含量等理化性质会显著影响Hg 在土壤-植物系统中的迁移，故其也会影响 Hg在土壤中的浓度和分布。

4 小结与展望

燃煤电厂排放到大气中的Hg主要通过干湿沉降的方式进入土壤，Hg（Ⅱ）和Hg（p）主要影响局部范围内的土壤和水体，而Hg（0）因为大气停留时间较长能影响区域乃至全球范围的生态系统。燃煤电厂周围土壤Hg浓度在不同电厂间差异很大，绝大多数Hg浓度均超过当地土壤背景值，引起不同程度的污染。从电厂周围土壤Hg浓度的水平分布看，因其受到多种复杂因素的共同影响，浓度与距离的变化规律不清晰；从垂直分布看，外源Hg的输入倾向于表层富集，一般随深度增加递减。土壤总Hg浓度的分布主要与污染源排放特征，局部范围内的气象条件、土地覆盖类型、土壤质地和理化性质有关。

虽然燃煤电厂Hg污染问题已引起充分重视，但对于Hg污染的研究大多仍集中在对周边单一环境介质的总量特征和空间分布等方面，缺乏对燃煤电厂释放的Hg在整个生态环境空间变异情况及迁移积累过程的系统研究。为此，今后的重点研究工作可从以下几个方面展开：

1）从宏观上，应结合 Hg（0）、Hg（Ⅱ）、Hg（p）和MeHg干湿沉降的变化特点，全面地了解Hg从“源”到“汇”迁移转化的行为特征，了解燃煤电厂Hg排放在大气-土壤-植物-水体的空间分布和累积特征。

2）从微观上，首先，重视Hg在大气-土壤界面的反应，深入研究Hg在土壤表面的富集特征和机理，Hg从土壤向大气再释放的动态机制；加强对外源Hg进入土壤后在土壤生态和物理化学环境作用下的迁移转化规律的研究。其次，重视Hg在大气-植物界面的吸收和释放机理，分析不同形态Hg进入植物叶片的途径和叶片对Hg的转化和释放机理。再次，重视在土壤-植物界面，植物根系与土壤组分竞争吸附Hg的研究，特别是对Hg亲和力较强的腐殖质等土壤组分在微界面处与植物根细胞竞争吸附Hg的机制值得深入研究。

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中图分类号：X171.5

DOI:10.13758/j.cnki.tr.2016.03.001

基金项目：①国家自然科学基金项目（31370518）资助。

* 通讯作者（wangfeier@zju.edu.cn）

作者简介：司徒高华（1990—），女，浙江杭州人，硕士研究生，主要从事重金属污染物环境行为的研究。E-mail: hzstgh@163.com

Distribution and Accumulation of Hg in Soils Around Coal-fired Power Plants: A Review

SITU Gaohua1， WANG Feier1*， HE Yunfeng1， YU Jie2， WANG Hao1， CAI Wu1
（1 College of Environmental & Resource Sciences， Zhejiang University， Hangzhou 310058， China； 2 Zhejiang Province Environmental Monitoring Center， Hangzhou 310012， China）

Abstract:Mercury （Hg） is recognized as the only toxic heavy metal pollutant existing in gaseous form in the atmosphere.As one of the most remarkable anthropogenic Hg sources， the coal-fired power plants （CFPPs） contribute significant Hg emissions to the atmosphere which can transport and transform in the atmospheric circulation， and can move from the atmosphere via dry/wet deposition to the terrestrial and marine ecosystems， resulting in Hg pollution on a local， regional and global scale.Research on the deposition of Hg in the atmosphere emitted from CFPPs， and its accumulation characteristics in the soils， is critically important for further understanding the ecological impact of Hg emissions.This paper reviewed the pathways of Hg from CFPPs to soils， analyzed the level and spatial distribution of Hg in the soils around the CFPPs， and summarized the major factors affecting the distribution of Hg in soils.Finally， the future research directions were also proposed.

Key words:Hg； Coal-fired power plants（CFPPs）； Dry/wet deposition； Distribution； Accumulation