主要观点总结
文章探讨了汞排放导致的环境污染问题，重点研究了甲基汞在水体、沉积物、水生生物尤其是鱼类体内的动态变化。实验通过对湖泊生态系统进行长期观察，发现减少汞负荷后鱼类体内甲基汞浓度迅速下降，人类接触风险降低。文章还讨论了不同鱼类对汞污染的响应差异、实验设计的长期性和生态影响评估的多层次性等问题。
关键观点总结
关键观点1: 研究背景与目的
随着城市化进程的推进，工业化带来的汞污染问题日益严重，对生态系统尤其是水生生态系统造成威胁。《水俣公约》旨在减少汞的环境排放与积累，以保护生态和人类健康。文章关注甲基汞在水体、沉积物、水生生物中的动态变化，探究汞排放增减后鱼类的甲基汞浓度变化。
关键观点2: 实验设计与实施
实验进行了长期的湖泊生态系统观察，包括7年的汞添加和8年的恢复阶段。实验关注水体、沉积物、底栖生物等多个生态层次的反应，使用同位素追踪技术精确追踪新沉积汞在生态系统中的动态。
关键观点3: 实验结果与发现
研究发现，减少汞负荷后，鱼类种群中的甲基汞浓度迅速下降。不同鱼类的甲基汞浓度变化存在差异，与它们的食性和食物中甲基汞水平有关。顶级捕食者体内的甲基汞污染难以自然降解，但整个种群能够相对快速地从汞污染中得到恢复。
关键观点4: 结论与思考
减少汞的负荷可以降低人类接触的风险。实验设计具有长期性，多层次生态影响评估展示了汞污染的复杂性。不同物种对汞污染的敏感性和响应可能不同，实验地域的特异性也影响了结果的普遍适用性。
正文
汞排放与健康问题
随着城市化进程的推进，工业化带来的各种污染问题日益严重，其中汞污染尤其值得关注，因其对神经系统的危害。水体中的无机汞在微生物的甲基化作用下转化为毒性极强的甲基汞。
《水俣公约》的签署旨在减少汞的环境排放与积累，以保护生态和人类健康。
汞排放到水体后，通过食物链逐步富集至鱼类体内，最终通过食物进入人体。研究汞在水体中的扩散与富集规律十分关键，生态因素（如水生食物网的多样性、甲基化微生物的动态性等）以及人类活动（如捕鱼、外来物种引入、水体富营养化）和气候变化，都在复杂地影响着甲基汞的生成与富集过程。
尚无数据调研汞排放下降后鱼体内甲基汞浓度的消减幅度；尚无评估环境汞含量对甲基汞转化贡献的较好方法；汞排放管理下也较难观察受污染种群的恢复情况。
探究鱼类的甲基汞浓度在汞排放增减后进行怎样的动态变化？
图1 测量无机汞经过甲基化后在水、沉积物、无脊椎动物和鱼体内的MeHg浓度变化。
甲基汞在所有湖泊生物群中迅速积累，除了幼龄(YOY)黄鲈，其峰值甲基汞浓度在初始增加后表现出较高的年际变化。
图2
湖泊沉积物和环境汞的累积和营养迁移。
如图2所示，在实验过程中，湖泊生态系统中汞的添加导致甲基汞（MeHg）浓度在不同介质中的变化，并且在实验停止后，甲基汞浓度的变化趋势有所不同。
经过七年的汞添加实验，湖泊中不同介质的甲基汞浓度表现出不同的增加趋势：水中的甲基汞浓度增加了60%，是增加幅度最大的一部分；而沉积物上层2厘米的甲基汞浓度仅增加了30%，增加幅度最小，这可能是因为该部分沉积物中已有较高的环境汞负荷。在水生生物方面，无脊椎动物和饵料鱼类的甲基汞浓度分别增加了45%和57%，而大型鱼类群体的甲基汞浓度则增加了超过40%。在停止汞添加后，水体和鱼体中的甲基汞浓度迅速下降。具体而言，在前三年中，水体中甲基汞的浓度下降了81%，沉积物中的浓度下降了35%，浮游动物和幽蚊幼虫的浓度下降了66%，捕食性鱼类的甲基汞浓度下降了85%至91%。八年后，水体中的甲基汞浓度稳定在约6%左右，并最终达到了动态平衡。
甲基汞浓度迅速下降的原因可以归结为几个方面。沉积物中甲基汞浓度下降较为缓慢，可能与水体流动性差有关。而水生生物的浓度下降则迅速，这反映了它们较强的流动性。食物链底层的生物对水体中汞浓度变化的迅速响应促进了大型鱼类群体的恢复。尽管如此，捕食性鱼类群体在停止汞添加后，仍出现了短期的浓度反弹。值得注意的是，食物链中越是位于顶端的鱼类，其甲基汞浓度变化的幅度也越大。
对于北方梭子鱼和湖白鱼的种群，甲基汞浓度的下降速度存在显著差异。北方梭子鱼的下降速度约是湖白鱼的两倍（见图1c）。这一差异与鱼类的寿命密切相关，尤其是在减少湖泊汞负荷后的恢复速度。湖白鱼的寿命远长于北方梭子鱼，其平均年龄为17年，而梭子鱼则为3年；湖白鱼的体型也明显大于梭子鱼（见扩展数据表2,3）。此外，湖白鱼种群中有更多的个体经历了实验的添加阶段及其后的恢复期，这可能导致了该种群的恢复速度较慢。湖白鱼对冷水的偏好以及其与底栖生物栖息地的密切关联，可能也是其恢复过程较为缓慢的一个重要因素。
图3
湖泊沉积物和环境汞的累积和营养迁移。
研究表明，在汞添加阶段（深蓝色阴影区），鱼类肌肉中的甲基汞（MeHg）浓度明显高于环境背景水平（白色圆圈所示）。而在恢复阶段（浅蓝色阴影区），这一浓度则有所下降。值得注意的是，所有鱼类在汞添加阶段的环境甲基汞浓度并未表现出一致的变化趋势（如图a-c所示）。在汞添加的最后阶段，以底栖生物为食的湖白鱼体内的甲基汞浓度是以浮游生物为食的黄金鲈的1.2倍，而肉食性的北方梭鱼则更为显著，其体内甲基汞浓度是黄金鲈的3.9倍。这些比例与环境甲基汞浓度的分布相符，其中湖白鱼的甲基汞浓度是黄金鲈的1.5倍，而梭鱼则是黄金鲈的3.9倍。这些结果表明，由于鱼类在食物链中的生态位不同，体内甲基汞的浓度也有所差异，并且这种差异在实验添加的汞同位素与自然环境中的汞浓度之间呈现一致性。
不同种类的鱼类因其食性及食物中甲基汞水平的不同，其体内甲基汞的富集程度也存在差异。以浮游生物为食的小黄鲈鱼在1岁时，其体内甲基汞的生物放大作用需要三年时间才能与环境中的汞水平相当。而作为顶级捕食者的北方梭鱼（主要以其他鱼类为食）和湖白鱼（以摇蚊科的昆虫Chaoborus为主食）则需额外两年的时间，其体内的甲基汞富集水平才能达到与环境汞水平相平衡的状态。
图4
顶端捕食者从汞负荷中的恢复
顶级捕食者体内的汞污染难以自然降解。对北方梭鱼的再捕获研究表明（每条灰色线条和三角形代表一个单独的个体），在停止添加甲基汞后的6至8年内，其体内的甲基汞水平几乎没有下降，这表明在早期阶段，这些鱼类的甲基汞含量普遍呈上升趋势。然而，由于每年都会有甲基汞浓度较低的新个体加入种群，同时老个体的死亡，整个北方梭鱼种群能够相对快速地从汞污染中得到恢复（年度平均值由黑色圆点表示）。因此，尽管部分年老的鱼类体内积累了较高水平的甲基汞，但在不足五年的时间内，该种群中甲基汞的平均浓度已经下降了一半。
