汞矿区汞对典型农作物硒富集的抑制作用

Previous studies have demonstrated that interactions between selenium (Se) and mercury (Hg) may affect the migration, biogeochemical exposure, bioavailability, toxicity and remediation of Se and Hg. The Wanshan area, known as the “Hg capital of China”, can be categorized as a seleniferous region due to its high soil Se content are comparable with that in Enshi seleniferous region (known as the “world capital of Se”).However, previous studies in Wanshan have mostly focused on Hg and rarely considered Se. By offering a new perspective, namely on the interaction between Se and Hg, this study will mainly focus on impacts of Hg on the Se bioaccumulation in typical crops. Specifically, four different sub-areas will be selected, standing for areas of "high Hg & high Se" vs "high Hg & low Se" from Wanshan, "low Hg & high Se" vs "low Hg & low Se" from Enshi. Concentrations and speciation of Se and Hg will be analyzed by conventional means (e.g., routine total concentrations and chemical sequential extraction) and synchrotron radiation techniques. To reveal the impacts of Hg on the bioavailability, uptake, transloction, and bioaccumulation of Se in typical crops and their interaction mechanisms, a comprehensive study on distribution，occurrence forms and bioaccumulation/transformation of Se and Hg in different tissues of rice and maize and corresponding rhizospheres will be conducted.

硒汞相互作用会影响到硒和汞的迁移、生物地球化学暴露、生物可利用性、毒理效果以及修复。号称“中国汞都”的贵州万山汞矿区是一个典型的“汞-硒富集区”，当地土壤总硒含量甚至接近于号称“世界硒都”的湖北恩施地区。然而早期在汞矿区开展的污染研究主要侧重于汞而极少关注硒。本项目拟从一个新的视角，即硒汞相互作用的观点，来重点研究汞对典型农作物水稻及玉米硒富集的抑制作用。具体思路为，分别在万山地区和恩施地区选取四组不同区域（“高汞高硒”、“高汞低硒”、“低汞高硒”和“低汞低硒”）进行野外实地研究，借助传统浓度分析手段结合新兴的同步辐射技术等，系统研究硒汞在典型农作物农田环境水稻及旱地环境玉米在不同生长阶段植株各组织部位及对应根围土壤中的元素分布、赋存形态及迁移转化规律的动态变化特征，最终揭示汞对硒的生物有效性及汞对典型农作物水稻和玉米对硒的吸收、转运及富集的影响与制约过程机制及硒汞相互作用机理。

汞矿区汞硒相互作用对汞、硒的环境地球化学行为有重要影响，以往的研究比较单一、片面，难以真正解释硒汞相互作用对典型农作物硒汞的吸收、迁移、富集及可能产生的粮食安全质量问题的影响和制约。本研究通过选取不同地质背景条件的典型农作物，系统分析硒汞的生物富集和相互作用关系，主要包括 1）硒汞在典型农作物植株不同部位的元素分布特征2）农作物对硒汞的富集和转运能力评估3）土壤汞和大气汞对典型农作物富集硒的影响与机制 4）食用稻米所引起的健康风险评估等。研究主要发现有1）SOM的分解促进了有机结合态硒向水溶性硒和离子交换性硒的转化，提高了硒的生物可利用性，水稻植株硒含量受土壤硒及有效态硒含量的影响。SEM模型证实水溶态硒、离子交换态硒和有机结合态硒都是水稻组织中硒的主要来源2）由于受富硒页岩的风化作用，土壤面临钼、铜、砷、锑、锌、镉、铊和汞的复合污染，土壤中Cd和Mo的生物有效性分别占Cd和Mo总量的41.84%和10.75%。相应地，水稻中Cd（0.34）和Mo（0.46）的生物富集系数远高于其它重金属。土壤中硒使得水稻对汞、镉、铜的吸收受到了较为显著的抑制，导致稻米中存在显著的硒汞、硒镉反相关现象。此外，经计算发现， Mo（1.97±1.47）和Cd（5.22±5.02）的高危险系数提示恩施州居民通过食用大米存在Cd和Mo的高复合暴露风险3）在田间试验中，发现大气汞的沉降使得根部吸收的可利用硒减少，而水稻叶片中汞浓度与硒的BAFs呈显著正相关，表明大气汞在水稻叶片中的生物积累有利于水稻从土壤中吸收硒，这一现象可能暗示水稻叶片可能会有Hg-Se复合物的生成。以上研究成果指出在高硒区由于天然的高硒背景，有机物的分解作用可能会增加人类硒中毒的风险；人们在关注硒的同时，还应关注与硒伴生的镉等重金属的化学行为及环境影响，硒极有可能不能完全保护由镉所产生的风险，而上升为环境问题的主要矛盾；首次揭示硒汞相互作用会在植物叶片发生，打破了传统认识，对合理评估水稻汞污染风险具有重要意义。