砷是环境中普遍存在且生物毒性很强的元素之一。研究表明，砷的毒性不仅与总量有关，更取决于其化学形态特征。但长期以来，砷在生物体中的高级形态，如砷甜菜碱（AsB）和砷胆碱（AsC），其来源及其功能在很大程度上仍然是一个谜。在陆地生态系统中，土壤中的砷通过根系进入到植物体中，最终以凋落物形式分解释放重新回到土壤中，而土壤动物则可以吸收土壤和凋落物中的砷。植物和土壤动物位于陆地生态系统食物链的底部，是食物链顶端高营养级生物，如鸟类的潜在食物来源，因此对土壤-植物-凋落物-土壤动物-高营养级生物的砷循环研究具有重要意义。然而，目前的研究大多仅仅关注土壤-植物，或土壤-土壤动物系统等，对陆地生态系统生物链尚无全面系统的研究。
　　石门雄黄矿作为亚洲最大的砷矿，具有1500多年的开采历史，地表环境与生物介质富集砷，是开展此类研究的理想地区。博士研究生杨芬通过对石门雄黄矿区多介质采样，室内结合高效液相色谱-等离子质谱和同步辐射X射线吸收精细能谱分析技术与方法，初步揭示了砷在陆地生态系统食物链中的富集与转化过程。
　　研究发现，即使已闭矿15年，该矿区仍存在显著的砷富集，砷污染区中土壤砷含量为61-2224 mg/kg，远高于非污染区（8.55-23.75 mg/kg）；不同介质中的砷含量基本表现为：土壤>蚯蚓>植物和凋落物；随着土壤中砷含量的增加，生物体内砷含量也相应不同程度地增加。土壤中的砷基本为无机砷，五价砷（As(V)）的比例>98%。植物和凋落物中的砷形态基本一致，主要为无机砷，并含有少量的有机砷，如二甲基砷（DMA），一甲基砷（MMA）等。部分植物中三价无机砷（As(III)）为主要的砷形态，说明植物从土壤中吸收As(V)，并在体内还原为As(III)。而蚯蚓中的砷除无机砷外，仅含有少量的AsB。土壤、植物和凋落物中基本不含有AsB，由此推断蚯蚓体内AsB主要来自于蚯蚓自身对砷的转化作用。另外，对矿区高营养级生物鸟类，包括麻雀、白头翁、画眉和喜鹊的分析发现，鸟类肌肉中的砷含量范围为1.13-4.95 mg/kg，砷形态主要为DMA、As(III)和As(V)，此外还含有少量的AsC和 AsB。鸟类羽毛可作为反映周围环境污染的标志物，其砷含量最高可达51.65 mg/kg，而其主要的砷形态为无机砷。与其他同类研究相比，本研究中鸟类肌肉和羽毛中的砷含量明显偏高，说明矿区长期的砷污染也会导致鸟类很大程度的砷富集。以上成果为揭示砷在陆地生态系统中富集和转化特征，阐明陆地生物和食物链中有机砷的组成与来源，以及砷的生态与健康风险评估和污染环境环境修复提供了有价值的数据和信息。
　　该研究得到国家自然科学基金“砷矿区食物链中砷的生物富集与转化特征”（No. 41571470）和北京同步辐射装置（BSRF）科研课题（No. 2016-BEPC-PT-000612）的资助。
　　相关研究论文：
　　Yang Fen（杨芬）, Xie Shaowen, Wei Chaoyang, et al. Arsenic characteristics in the terrestrial environment in the vicinity of the Shimen realgar mine, China. Science of the Total Environment, 2018,626:77-86.
　　Yang Fen（杨芬）, Xie Shaowen, Liu Jinxin, Wei Chaoyang, et al. Arsenic concentrations and speciation in wild birds from an abandoned realgar mine in China. Chemosphere, 2018,193:777-784.