植被在大氣汞的循環(huán)以及汞在陸地食物鏈的傳輸“扮演”著重要角色。大氣氣態(tài)單質汞能被葉片同化進而進富集在葉片中。葉片中的汞主要有以下二種歸趨：一方面，汞被葉片重新釋放而進入大氣。另一方面，汞被氧化固定在植物組織中并通過食物鏈進入動物或者人體內，或者隨著凋落物進入土壤圈。因此，研究植物葉片中汞的化學形態(tài)對準確評估植被在大氣汞循環(huán)中扮演的具體“角色”、汞在食物鏈傳輸引起的環(huán)境風險以及汞進入土壤圈后對土壤生態(tài)系統(tǒng)的干擾十分關鍵。

    利用傳統(tǒng)的基于同步輻射技術的X-射線近邊吸收譜技術是研究環(huán)境介質中汞的化學形態(tài)的常用方法(Wang JX et al., 2012. ES&T, 5361-5368)，但是該方法很難準確測定低汞含量樣品中的汞的化學形態(tài)。同樣，基于質譜和色譜聯(lián)用技術比如ICP-MS-HPLC等對樣品中汞含量及樣品的基質都有比較高的要求(Krupp EM et al., 2009. Chem Comm, 4257-4259)。

    地化所環(huán)境室馮新斌課題組與法國Universite? Grenoble Alpes地球科學研究中心Alain Manceau教授合作，在法國EcoX Equipex 項目(法國基礎科學裝置計劃)和中科院合作項目(QYZDJ-SSW-DQC005)支持下，在上利用高能量分辨率X-射線近邊吸收譜技術分析了天然低汞(0.5 ppm)植物葉片中汞的化學形態(tài)。

    研究結果發(fā)現(xiàn)，在植物葉片中大部分汞以Hg[(SR)2+N/O0-2]的化學形態(tài)存在，部分汞以納米顆粒態(tài)汞(HgxSy)的形態(tài)存在(圖1)。通過二階Møller-Plesset振動理論，利用計算機模擬了HgxSy的幾何結構(圖2)。本結果揭示了植物葉片可以將單質汞轉化為惰性的納米狀*，這對深入了解葉片中汞的再揮發(fā)、毒性以及其進入土壤后的轉化提供了基礎理論知識，豐富了汞的生物地球循環(huán)理論。成果發(fā)表在環(huán)境科學領域期刊Environ. Sci. Technol.

    Manceau A*., Wang JX., Rovezzi M., Glatzel P., Feng X*. Biogenesis of Mercury−Sulfur Nanoparticles in Plant Leaves from Atmospheric Gaseous Mercury. Environ. Sci. Technol. 2018, 52, 3935-3948.

圖1 不同植物葉片中汞的形態(tài)

圖2 HgxSy的幾何結構