外源硫输入对稻田土壤汞甲基化影响的机理研究

Soil mercury (Hg) pollution is one of the most prominent environmental issues in some areas of China. In view of the national demand for soil Hg pollution prevention, the project focuses on the key biogeochemical process during which exogenous sulfur addition affects the Hg methylation in the paddy soil. Using Hg polluted paddy soil in Hg mining areas and newly Hg or Hg isotope-spiked paddy soil, the influence of exogenous sulfur input on the methylmercury production under different redox conditions through the microcosm experiment is studied to clarify the mechanism of sulfur input effects on Hg methylation in paddy soil. Pot and field experiments are conducted to confirm the rule revealed by the microcosm experiment and further clarify the response and relative mechanism of sulfur input to Hg methylation and methylmercury accumulation in rice in different speciation of Hg polluted soil. These experiments are designed to elucidate the mechanism of sulfur input effects on Hg methylation in paddy soil and provide scientific clues for the risk control of the Hg polluted paddy soil.

土壤汞污染是我国局部地区突出的环境问题之一。针对土壤汞污染防治国家需求，项目研究聚焦稻田湿地环境中外源硫输入影响汞甲基化这一关键生物地球化学过程。采用汞矿区的污染稻田土壤和添加标记汞（或汞稳定同位素）的稻田土壤，通过室内模拟水稻根际环境，研究不同氧化还原条件下外源硫输入对土壤中汞甲基化过程的影响，以期阐明外源硫输入影响汞甲基化的机理；选取不同原生汞赋存形态的稻田土壤，通过盆栽及大田试验，进一步明确不同原生汞赋存形态的稻田土壤中外源硫输入对汞甲基化及稻米中甲基汞累积的影响及相关机制。本项目拟系统阐明稻田土壤中硫输入影响汞甲基化过程的机理，以期为汞污染稻田土壤风险管控提供新的科学参考。

土壤汞污染是我国局部地区突出的环境问题之一，项目聚焦稻田湿地环境中外源硫影响汞形态转化的关键地球生物化学过程。项目研究了外源硫、外源硒以及外源纳米二氧化硅用于原位汞污染土壤的钝化潜力，结果表明，外源硫包括无机硫和有机硫（畜禽粪便）都显著增加了土壤中甲基汞的产生，提高了稻米中甲基汞的蓄积，增加了甲基汞的摄入风险，且在水稻生育前期的风险要高于后期，这主要是由于生育后期土壤氧化还原点位高于生育前期。硫输入活化汞主要是由于外源硫在还原条件下形成了硫化物，促进了土壤中汞的溶出，影响了土壤中汞的存在形态，进而增加了汞的生物有效性，而对甲基化微生物的影响作用较弱。外源硒则显著降低了土壤甲基汞产生以及稻米甲基汞蓄积，以及稻米其它营养元素蓄积，主要因为硒促进了土壤中硒化汞的形成，从而降低了土壤中汞的生物有效性。纳米二氧化硅缓解了汞胁迫对大豆幼苗生长的抑制作用，减少了汞在大豆幼苗中的积累和转运。与单汞暴露组相比，纳米二氧化硅使大豆根和茎中的硅含量显著增加。纳米二氧化硅的加入显著降低了大豆根和茎的表皮和中柱的汞浓度，尤其是中柱组织中的汞浓度。纳米二氧化硅改善了汞胁迫引起的叶绿素减少和抗氧化酶增加。因此可见，硒和纳米二氧化硅有望用于汞污染土壤原位钝化。比较了六种常见螯合配体对生物量高、生长周期短的玉米（Zea mays L.）中汞吸收和转运的影响。结果表明，与未处理组相比，六种螯合配体处理组的玉米幼苗根长和生物量没有变化。汞和各螯合配体的共同暴露显著减轻了汞诱导的抑制作用。碘化物处理的根汞含量最低，转运系数最高，而铵处理的地上部汞含量最高，转运系数最低。与其他螯合配体相比，硫代硫酸盐对汞的毒性表现出最大的缓解作用，并在根和地上部分达到最高浓度的汞。此外，硫代硫酸盐和汞联合暴露组的转运系数和汞累积量远高于单独暴露于汞的组。项目的开展为汞污染土壤的原位钝化和植物修复提供了新的思路。