生物炭输入对贵州典型汞污染水稻田中汞的转化影响研究

The contamination of rice with mercury (Hg) was one of the most severe environmental issues in the Guizhou province. The addition of biochar in paddy rice soil could hinder the Hg accumulation in rice seed. It is necessary to understand how the biochar affects and mediates mercury speciation transformation in soil. This proposal is conducted through simulated adsorption, soil incubation and pot rice incubation, as well as using transmission electron microscope coupled with energy dispersive spectrum, synchrotron radiation technique etc. as analytical tools. The research contents include the characteristics and mechanisms of Hg adsorption/combination on different biochars, the coupling relationship between soil Hg speciation transformation and biogeochemical factors changes resulted from different biochar addition, the change.of iron plaque of rice root due to biochar addition and its impact on Hg migration from soil to rice. The implement of this project can illustrate the effect and mechanism of biochar induced Hg speciation transformation in soil, providing the theoretical basis for the remediation of Hg contaminated soil.

稻米汞污染是贵州汞污染地区面临的严峻环境问题之一。稻田中添加生物炭能阻断土壤汞在稻米中的富集，弄清生物炭是如何影响与调控土壤汞的转化十分有必要。本项目通过模拟吸附、土壤培养和盆栽试验，采用透射电镜能谱技术和同步辐射等分析手段，研究不同生物炭对汞的吸附/结合特征及机理、不同生物炭对土壤生物地球化学因子的调控及汞形态转化的耦合关系、水稻根系铁膜对生物炭添加的相应及对汞在土壤-水稻迁移的影响。通过本项目实施可阐明生物炭对汞的形态转化调控机理，为汞污染土壤治理提供理论依据。

本项目围绕汞污染农田修复技术，系统研究了生物炭修复土壤汞污染的特征和原理。项目组严格按照合同任务书的要求开展研究工作，研究了生物炭吸附无机汞和甲基汞的特征、不同生物炭输入后对土壤关键地球化学因子的影响及对汞活性的调控、生物炭影响水稻富集汞的特征和机制。结果表明，（1）对于50 mg/L的无机汞，添加50 mg的生物炭，在碱性条件下反应14个小时对无机汞的去除性价比最高；对于15 ng/L 的甲基汞，添加20 mg的生物炭，在酸性条件下（pH<4）反应6小时对甲基汞的去除性价比最高。（2）添加生物炭到污染土壤后，在水稻生长期内，孔隙水中总汞和硫酸根呈显著负相关，但与溶解有机碳（DOC）呈显著正相关。由此可见，生物炭输入土壤后，主要通过影响硫酸根和DOC从而影响汞的有效性。一方面，生物炭可能促进硫酸根的还原生成还原性硫，并进一步与汞反应生成惰性的硫化汞复合物。另一方面，生物炭添加增加了土壤DOC，DOC能与汞结合形成Hg-DOC化合物，影响了汞的移动性。此外，研究发现生物炭显著增加了土壤中游离三价铁含量，这可能会促进根系铁膜的发育，影响汞在水稻中的富集（3）通过田间试验发现，添加生物炭能显著降低水稻可食用部分（精米）中总汞和甲基汞的含量及水稻植株中甲基汞的绝对量。生物炭添加到土壤后，能促进土壤还原态硫的生成，甲基汞与还原态硫结合进一步被生物炭固定。总体来看，水稻中甲基汞含量的降低可能与生物炭降低土壤孔隙水甲基汞有效性有关，而水稻中总汞含量的降低可能与生物炭引起的生物稀释作用有关。研究成果为利用生物炭修复汞污染稻田提供了理论支撑。