甲基汞（MeHg）具有强神经毒性、可沿食物链富集放大，海产品摄入是人体MeHg暴露的主要途径。海洋环境中的MeHg主要由无机汞（IHg）经微生物甲基化生成，但其在不同海洋环境下的确切转化路径仍缺乏定量的约束。传统的总汞（THg）同位素及近期发展的MeHg同位素技术在海洋食物网研究中的应用，为解决上述问题提供了有力的手段。然而，海洋生物体内IHg的同位素组成却往往未被直接测试，导致难以定量评估IHg与MeHg之间的转化机理。
针对上述短板，由陈玖斌教授领衔的天津大学地科院同位素前沿科学研究中心建立了双阶段吹扫–捕集方法，用以分离食物网生物中的IHg与MeHg（图1，Li et al., 2025），继而分别测试二者（Species-specific Hg）的同位素组成。团队基于该方法及其后期优化，以渤海近岸海洋食物网为研究对象，系统解析了形态汞浓度与同位素组成在季节和栖息地上的差异及其驱动因素（图2，Li et al., 2026）。主要结论如下：
图1. 双阶段吹扫–捕集装置与形态汞（IHg与MeHg）分离流程
图2. 渤海近岸生物汞循环
1）形态汞浓度及占比存在季节及生态位的差异。碳氮同位素显示，表层生物营养级（2.8–3.7）高于底栖生物（2.1–2.9），但底栖生物的汞含量整体偏高（THg：111.9±52.1 vs. 83.5±46.8 μg kg-1）。与汞含量同步变化的不是δ15N而是δ13C——海源有机质占比越高，汞累积越多，可见“吃什么”比“营养级高低”更能决定汞负荷。此外，表层生物MeHg占比由冬季的99.6±5.5%降至夏季的76.5±15.1%，IHg占比从2.3±4.1%升至23.6±15.1%，而底栖生物的变化则平缓得多。
2）形态汞同位素组成合理解释了上述差异。MeHg光降解与IHg光还原会留下不同的Δ199Hg/Δ201Hg斜率（~1.3–1.4 vs. ~1.0–1.2）。表层生物MeHg的斜率为1.35（图3b），与水体MeHg光降解的实验值一致，说明其MeHg已在海水中经历了光降解过程；底栖生物的斜率为1.17–1.19（图3b），对应水体光降解MeHg（64–80%）与沉积物原位生成、未经光降解的MeHg（20–36%）的不同比例混合（图2）。夏季表层生物IHg的斜率偏高而δ202Hg偏负，是生物体内（in-vivo）去甲基的特征。质量平衡估算表明，36±23%的IHg来自体内MeHg降解（图2），从而合理解释了夏季表层生物IHg占比升高而MeHg占比降低的现象。
图3. 渤海沿海生物形态汞同位素特征
3）同位素还能定位MeHg的“产地”。利用光降解的Δ199Hg/δ202Hg斜率（~2.43）反推光降解之前的水体MeHg的同位素信号，其δ202Hg比沉积物高0.60–0.67‰，与报道的其他近岸海域沉积物原位生成甲基汞的δ202Hg偏移幅度（0.56±0.15‰）吻合；若MeHg由海水原位甲基化生成，偏移方向应当相反（图3a）。据此判断，渤海近岸表层生物体内的MeHg最初主要来自沉积物甲基化。沉积物产生的MeHg通过界面扩散进入上层水体，其中14±2%（冬季）至19±6%（夏季）在被生物摄入前已发生光降解。
本研究表明，双形态汞同位素不但能厘清生物体内IHg与MeHg的来源，还能揭示THg和MeHg同位素无法反映的生物体内去甲基过程，为《水俣公约》履约背景下的沿海汞暴露评估与海洋汞循环模型提供了新的见解。
相关成果分别发表于国际知名期刊《Environmental Science & Technology》和《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》上。天大地科院博士后李松旌为两篇论文的第一作者，孙若愚教授为通讯作者。研究获国家自然科学基金项目（42421003, 42173011, 42373011）和天津市杰出青年科学基金项目（23JCJQJC00280）资助。
论文信息：
Songjing Li(李松旌), Ruoyu Sun*(孙若愚), Xiaowei Chen(陈筱玮), Zhao Wang(王钊), Chao Zhang(张超), Pengfei Li(李鹏飞), Yi Liu(刘羿), Wang Zheng(郑旺), and Jiubin Chen(陈玖斌). 2026. Seasonal and Habitat-Specific Mercury Cycling in Coastal Biota Revealed by Species-Specific Isotopes. Environ. Sci. Technol.
文章链接: https://doi.org/10.1021/acs.est.5c18280
Songjing Li(李松旌), Ruoyu Sun*(孙若愚), Xiaowei Chen(陈筱玮), Wei Zhang(张微), Mei Meng(孟梅), Yi Liu(刘羿), Wang Zheng(郑旺), and Jiubin Chen(陈玖斌). 2025. A dual-stage purge–trap protocol to separate species-specific mercury from marine biota for precise isotopic analysis. J. Anal. At. Spectrom., 40(3), 727–737.
文章链接: https://doi.org/10.1039/D4JA00341A
