Coal is naturally enriched in trace elements, including mercury (Hg) and selenium (Se). Alkaline mine drainage from mountaintop mining valley fill (MTM-VF)—the dominant form of surface coal mining in Appalachia, USA—releases large quantities of Se into streams draining mined catchments, resulting in elevated bioaccumulation of Se in aquatic and riparian organisms. Yet, the release of Hg into these streams from MTM-VF has not yet been studied. We measured total Hg, methylmercury (MeHg), and Se in stream water, sediment, biofilm, cranefly larvae, and riparian spiders in alkaline streams (pH range 6.9–8.4) across a mining gradient (0–98% watershed mined) in central Appalachia. Hg concentrations ranged from below detection limit (BDL)-6.9 ng/L in unfiltered water, BDL-0.05 µg/g in bulk sediment, 0.016–0.098 µg/g in biofilm, 0.038–0.11 µg/g in cranefly larvae, and 0.046–0.25 µg/g in riparian spiders. In contrast to Se, we found that Hg concentrations in all environmental compartments were not related to the proportion of the watershed mined, suggesting that Hg is not being released from, nor bioaccumulating within, MTM-VF watersheds. We also did not find clear evidence for a reduction in Hg methylation or bioaccumulation under elevated Se concentrations: water, sediment, biofilm, and riparian spiders exhibited no relationship between Hg and Se; only cranefly larvae exhibited a negative relationship (p = 0.0002, r2 = 0.42). We suggest that the type of surface mining matrix rock, with resultant alkaline or acid mine drainage, is important for the speciation, mobility, and bioaccumulation of trace elements within watersheds affected by mining activities.

中文翻译：

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山顶采矿中的汞和硒负载影响了碱性溪流和河岸食物网

煤天然富含微量元素，包括汞 (Hg) 和硒 (Se)。来自山顶采矿山谷填充物的碱性矿山排水 (MTM-VF)——美国阿巴拉契亚地区露天煤矿的主要形式——将大量硒释放到排放已开采集水区的溪流中，导致硒在水生和河岸生物中的生物积累量增加。然而，尚未研究从 MTM-VF 释放到这些流中的汞。我们测量了碱性溪流（pH 范围 6.9-8.4）中溪流水、沉积物、生物膜、鹤蝇幼虫和河岸蜘蛛中的总 Hg、甲基汞 (MeHg) 和 Se阿巴拉契亚。汞浓度范围为未过滤水中低于检测限 (BDL)-6.9 ng/L、散装沉积物中 BDL-0.05 µg/g、生物膜中 0.016–0.098 µg/g、0.038–0。鹤蝇幼虫为 11 µg/g，河岸蜘蛛为 0.046–0.25 µg/g。与硒相反，我们发现所有环境区室中的汞浓度与开采的流域的比例无关，这表明 Hg 没有从 MTM-VF 流域中释放出来，也没有在其中进行生物积累。我们也没有发现在硒浓度升高时汞甲基化或生物积累减少的明确证据：水、沉积物、生物膜和河岸蜘蛛在汞和硒之间没有关系；只有鹤蝇幼虫表现出负相关（p = 0.0002，r2 = 0.42）。我们认为，露天采矿基质岩石的类型，以及由此产生的碱性或酸性矿山排水，对于受采矿活动影响的流域内微量元素的形态形成、流动性和生物积累很重要。河岸蜘蛛中为 25 µg/g。与硒相反，我们发现所有环境区室中的汞浓度与开采的流域的比例无关，这表明 Hg 没有从 MTM-VF 流域中释放出来，也没有在其中进行生物积累。我们也没有发现在硒浓度升高时汞甲基化或生物积累减少的明确证据：水、沉积物、生物膜和河岸蜘蛛在汞和硒之间没有关系；只有鹤蝇幼虫表现出负相关（p = 0.0002，r2 = 0.42）。我们认为，露天采矿基质岩石的类型，以及由此产生的碱性或酸性矿山排水，对于受采矿活动影响的流域内微量元素的形态形成、流动性和生物积累很重要。河岸蜘蛛中为 25 µg/g。与硒相反，我们发现所有环境隔间中的汞浓度与开采的流域的比例无关，这表明 Hg 没有从 MTM-VF 流域中释放出来，也没有在其中进行生物积累。我们也没有发现在硒浓度升高时汞甲基化或生物积累减少的明确证据：水、沉积物、生物膜和河岸蜘蛛在汞和硒之间没有关系；只有鹤蝇幼虫表现出负相关（p = 0.0002，r2 = 0.42）。我们认为，露天采矿基质岩石的类型，以及由此产生的碱性或酸性矿山排水，对于受采矿活动影响的流域内微量元素的形态形成、流动性和生物积累很重要。我们发现所有环境隔间中的汞浓度与开采的流域的比例无关，这表明 Hg 没有从 MTM-VF 流域中释放，也没有在其中生物积累。我们也没有发现在硒浓度升高时汞甲基化或生物积累减少的明确证据：水、沉积物、生物膜和河岸蜘蛛在汞和硒之间没有关系；只有鹤蝇幼虫表现出负相关（p = 0.0002，r2 = 0.42）。我们认为，露天采矿基质岩石的类型，以及由此产生的碱性或酸性矿山排水，对于受采矿活动影响的流域内微量元素的形态形成、流动性和生物积累很重要。我们发现所有环境隔间中的汞浓度与开采的流域的比例无关，这表明 Hg 没有从 MTM-VF 流域中释放，也没有在其中生物积累。我们也没有发现在硒浓度升高时汞甲基化或生物积累减少的明确证据：水、沉积物、生物膜和河岸蜘蛛在汞和硒之间没有关系；只有鹤蝇幼虫表现出负相关（p = 0.0002，r2 = 0.42）。我们认为，露天采矿基质岩石的类型，以及由此产生的碱性或酸性矿山排水，对于受采矿活动影响的流域内微量元素的形态形成、流动性和生物积累很重要。表明 Hg 没有从 MTM-VF 流域中释放出来，也没有在其中进行生物积累。我们也没有发现在硒浓度升高时汞甲基化或生物积累减少的明确证据：水、沉积物、生物膜和河岸蜘蛛在汞和硒之间没有关系；只有鹤蝇幼虫表现出负相关（p = 0.0002，r2 = 0.42）。我们认为，露天采矿基质岩石的类型，以及由此产生的碱性或酸性矿山排水，对于受采矿活动影响的流域内微量元素的形态形成、流动性和生物积累很重要。表明 Hg 没有从 MTM-VF 流域中释放出来，也没有在其中进行生物积累。我们也没有发现在硒浓度升高时汞甲基化或生物积累减少的明确证据：水、沉积物、生物膜和河岸蜘蛛在汞和硒之间没有关系；只有鹤蝇幼虫表现出负相关（p = 0.0002，r2 = 0.42）。我们认为，露天采矿基质岩石的类型，以及由此产生的碱性或酸性矿山排水，对于受采矿活动影响的流域内微量元素的形态形成、流动性和生物积累很重要。河岸蜘蛛Hg和Se之间没有关系；只有鹤蝇幼虫表现出负相关（p = 0.0002，r2 = 0.42）。我们认为，露天采矿基质岩石的类型，以及由此产生的碱性或酸性矿山排水，对于受采矿活动影响的流域内微量元素的形态形成、流动性和生物积累很重要。河岸蜘蛛Hg和Se之间没有关系；只有鹤蝇幼虫表现出负相关（p = 0.0002，r2 = 0.42）。我们认为，露天采矿基质岩石的类型，以及由此产生的碱性或酸性矿山排水，对于受采矿活动影响的流域内微量元素的形态形成、流动性和生物积累很重要。