水生系统季节性淹水区（Seasonal Inundation Area, SIA）是汞甲基化的热点区域，这与沉积物有机质循环密切相关。然而，溶解性有机质（DOM）作为有机质中最具活性的组分，其分子结构和组成的响应特性如何？是否支撑了该地带较高的甲基汞（MeHg）合成？尚缺乏深入的理解。本研究以喀斯特岩溶湿地（草海）为研究区域，综合运用野外调查和微宇宙实验等研究方法，借助光谱分析和高分辨率质谱技术，对SIA和永久性淹水区（Permanent Inundation Area, PIA）沉积物中DOM（DOM_SIA和DOM_PIA）的分子信息及其差异性进行了解析。同时，结合吸附实验、微生物降解实验、微生物汞甲基化实验以及土壤培养实验，从DOM分子特性、生物可利用性、DOM-Hg结合特性等多个角度，解释了SIA沉积物具有较高汞甲基化能力的原因。本研究结果为全球类似区域的汞生物地球化学循环机制研究以及环境风险控制提供了理论借鉴和实践参考。

DOM对沉积物汞甲基化的调控机理概念图

沉积物DOM_SIA的溶解性有机碳（DOC）、有色DOM（CDOM）、芳香性（SUVA₂₅₄）和E2/E3显著低于DOM_PIA，而DOM_SIA腐殖化指数（HIX）恰好相反，这意味着DOM_SIA具有更高的分子量和腐殖化程度。DOM_SIA荧光指数（FI）低于DOM_PIA（1.85 ± 0.14 Vs. 1.97 ± 0.24），表明DOM_SIA倾向于混合来源，而DOM_PIA以自生源为主。FT-ICR MS分析结果显示，DOM_PIA脂质含量（6-7%）显著低于DOM_SIA（9-10%），DOM_SIA的分子组成更为简单，DOM_PIA的芳香性指数高于DOM_SIA（图1）。

图1 沉积物DOM的分子组成特性

 汞甲基化微生物（硫酸盐还原菌，SRB）接种培养结果显示（图2A-E），DOM_PIA和DOM_SIA基质中的MeHg浓度均显著增加，但DOM_PIA中的MeHg增加量显著低于DOM_SIA。特别的，接种SRB的DOM_PIA和DOM_SIA基质之间观察到约1.49 ng L⁻¹的差异，这显著高于未接种处理的差异（0.42 ng L⁻¹），表明DOM_SIA促进微生物汞甲基化的能力高于DOM_PIA。与DOM_PIA相比，用DOM_SIA培养的SRB中的硫（S）含量更高，而有机碳（C）无显著差异（图2），表明DOM_SIA的S供给效率高于DOM_PIA，有利于维持更高的SRB活性。DOM_PIA的降解速率显著低于DOM_SIA，培养5天后，DOM_PIA中的有机碳约39.70 ± 2.29%被矿化，明显低于DOM_SIA的矿化量（54.45 ± 4.01%），表明DOM_SIA比DOM_PIA更具有生物可利用性。

图2 沉积物DOM的微生物汞甲基化（A-D）和有机碳降解（E-F）效率

DOM-Hg的结合特性显示（图3），DOM_PIA类腐殖质组分（C1 和 C3）和类蛋白质组分（C2）的结合常数（Log K_M）值显著高于DOM_SIA，这表明DOM_PIA各组分对 Hg(II) 表现出更强的结合力。DOM_PIA和DOM_SIA高分子量类腐殖质组分的Log K_M值均高于低分子量组分，不同的是，DOM_PIA高分子量类蛋白质组分的Log K_M值明显高于低分子量组分，而在DOM_SIA中观察到相反的趋势。另外，DOM_PIA对Hg(II)的吸附量远低于DOM_SIA的吸附量，且DOM_SIA和DOM_PIA高分子量组分对 Hg (II)的吸附量均高于低分子量组分。

图3 沉积物DOM及其不同分子量组分对Hg（II）的结合特性（Log K_M）（A-B）和吸附特性（C-D）

偏最小二乘路径模型（PLS-PM）结果表明，沉积物DOM来源对沉积物孔隙水MeHg的贡献最大（0.72），DOM组成特性次之（0.51），而DOM结构属性的影响最小（-0.05）。此外，吸附量对MeHg指标的贡献较小（0.09），而结合能力虽然贡献最大，但为负面影响（-0.83）。意味着DOM_SIA的低结合能力可能是预测微生物MeHg合成增加的关键指标。

研究成果以”Elevated methylmercury production in seasonally inundated sediments: Insights from DOM molecular composition”为题发表于Journal of Hazardous Materials。