地化所在汞矿区稻田土壤汞的甲基化过程研究中获进展

美高梅4858官网,汞是一种高毒性、持久性的重金属污染物,被各国政府列为首要控制污染物之一。汞污染地区稻米中甲基汞富集及潜在人体健康危害受到高度关注。硒是动物、植物以及人类生长所必需的微量营养元素,以往大量研究表明在鱼类、动物及人体内硒可降低汞的毒害作用。近期,土壤-水稻系统中硒汞相互作用研究受到了广泛关注,但是针对其内在机理的研究还处于起步阶段,揭示土壤-水稻系统中硒汞相互作用内在机理,对开展硒对汞污染修复技术与评估硒对汞生物可利性影响等方面,具有重要科学指导价值和实际应用价值。

我国是亚洲栽培稻的起源地之一,近三分之二的人口以稻米为主食。稻田作为一种特殊的湿地生态系统,其间歇性的淹水环境有利于土壤中汞的甲基化作用。因此,稻田被证实为陆地生态系统中重要的甲基汞“源”,食用稻米已成为我国西南汞矿区居民甲基汞暴露的主要途径。汞矿区稻田土壤中无机汞的甲基化作用是陆地生态系统中汞的生物地球化学循环的重要环节。然而,以往的研究均未能对稻田这种特殊生态体系中汞的迁移转化规律及相关影响因素进行全面系统的研究,也未能从整体上研究稻田系统中汞的生物地球化学行为。

最近,环境学院钟寰老师及合作博士后王永杰等系统研究了土壤-水稻系统中硒汞作用内在机理。首先,模拟稻田土壤环境实验发现:土壤中无论添加硒酸盐,还是亚硒酸盐,均可抑制土壤中汞的净甲基化,而且随硒添加量的增加,其相应处理组甲基汞不断降低,表明了土壤中硒对汞净甲基化的抑制作用,仅与硒使用量有关,而与硒种类无关;即使在抑制土壤中参与汞甲基化的硫酸盐还原细菌细菌作用的情况下,硒同样能够抑制汞的净甲基化,而且硫酸盐的添加未能明显影响硒对汞净甲基化的抑制。其次,水稻盆栽试验向水稻土施用硒酸盐或者亚硒酸盐,结果表明:土壤施硒,土壤和水稻籽粒中甲基汞浓度均降低;随施用浓度增加显著降低籽粒中甲基汞含量,且籽粒中甲基汞含量的降低与水稻土甲基汞含量的降低呈现1:1的线性关系,证实了土壤中硒-汞作用过程是稻田环境中水稻甲基汞降低的关键环节。叶面施硒增加了籽粒硒浓度,但没有降低水稻中甲基汞累积,而且甲基汞和硒在水稻体内累积、分配与土壤施硒截然不同。再者,模拟实验进一步发现,即使土壤添加高度硒和汞(Se 150 mg/kg, Hg 100 mg/kg),硒仍能降低汞净甲基化,通过利用X射线吸收近边结构进一步分析发现,施硒土壤中汞的形态主要为硒化汞。透射电镜加能谱分析结果发现施硒土壤中在厌氧环境下形成了HgSe纳米颗粒。

近期,中国科学院地球化学研究所研究员冯新斌所带领的研究团队,以贵州省万山汞矿区不同污染类型(土法炼汞区和废弃汞矿区)的水稻田为研究对象,基于大量的实际观测数据,对汞矿区水稻田各介质中汞的分布特征、主要来源及污染状况进行了全面系统的研究。同时,利用单一稳定汞同位素示踪技术,对汞矿区稻田土壤汞的甲基化速率/去甲基化速率进行了测定,并对其影响因素进行了探讨。结果表明:1)汞矿区稻田土壤中的甲基汞主要来源于自身无机汞的甲基化过程,外源输入的甲基汞可以忽略;土法炼汞区稻田土壤中存在活跃的甲基化作用,而废弃汞矿区稻田土壤无机汞的甲基化作用相对较弱。2)稻田土壤中甲基汞的浓度是甲基化过程和去甲基化过程共同作用的结果,净甲基化潜力在一定程度上可反应稻田土壤中甲基汞的浓度水平;硫酸盐还原菌作用下的硫酸盐还原过程和异化铁还原过程是稻田土壤中汞甲基化过程的重要代谢途径;3)生物可利用态汞的含量在一定程度上决定了稻田土壤中甲基汞的净产率,而稻田土壤生物可利用态汞中,来自大气新近沉降的部分更易于在微生物作用下被转化为高神经毒素的甲基汞。因此,该研究推测大气汞的污染程度可作为稻田土壤中甲基汞的净产率及稻米对甲基汞的富集程度的良好指示剂。

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该研究受国家“973”项目(2013CB430004)“我国汞污染特征、环境过程及减排技术原理”和国家自然科学基金委项目(41173126和41203091, 41473123)的联合资助。相关研究成果分别在环境领域国际杂志Environmental PollutionBiogeosciences 上发表。

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