土壤腐殖质对汞向稻米迁移并累积的影响机理

China is a great producer and consumer of rice over the world. It is vital to reduce mercury (Hg) accumulation in rice and to ensure rice safety. Soil humic substances (HS) have a direct effect on the Hg transformation in soil, the combination of Hg with soil minerals and soil organic matter (SOM), then the Hg transportation from soil to rice plant, and then the Hg accumulation in rice. At present, little is unknown on the degree and controlling factors of such influence. Meanwhile, the molecular structure of HS exerting the influence is still not clear. In this study, a series of soil culture, rhizo-box and pot experiment will be conducted under two kinds of water management and addition of different HS. Humeomics extraction procedure, GC/HPLC-MS, 13C-NMR and etc will be used to identify HS molecular structure. Then, HPLC-AFS, AFM, SEM, XANES will also be used to reveal the effect of HS on the Hg transformation in soil and the combination of Hg with SOM. A 202Hg isotopic tracing experiment will be performed to analyze the correlation between HS molecular structure and Hg content of different forms. Finally, the influence mechanism of HS on Hg transformation, transportation, allocation, and accumulation in soil-plant system. The results will provide theoretical basis for the controlling Hg accumulation in rice.

我国是水稻种植与消费大国，降低稻米汞累积、保障其食用安全具有重要意义。土壤腐殖质可以直接影响水稻土壤中汞的形态转化及其与矿物、有机质的结合，并进而影响土壤汞向稻米传导与累积。目前，对土壤汞向水稻植株转运、分配与累积的影响程度及控制因素的研究较少。同时，对产生影响的土壤腐殖质组分的分子结构也不明确。本研究进行两种水分管理、不同腐殖质添加下的土壤培养、根际盒栽培试验、盆栽试验，以Humeomics提取、气相/液相质谱、13C-NMR等技术结合的方法鉴定土壤腐殖质的分子结构，应用液相-原子荧光联用、原子力显微镜、扫描电镜、X射线精细结构等技术揭示土壤腐殖质对土壤中汞的转化与结合作用。再结合202Hg同位素示踪技术分析土壤腐殖质各组分与植株各器官及亚细胞结构中各形态汞含量的关联性，探明土壤腐殖质在土壤-植物系统中对汞形态转化、汞转运、分配与累积的影响机理，结果为控制稻米汞累积提供理论依据。

我国是水稻种植与消费大国，通过食用汞累积的大米是人群摄入汞的重要途径，降低稻米汞累积、保障其食用安全具有重要意义。土壤腐殖质可以直接影响水稻土壤中汞的形态转化及其与有机质的结合，并进而影响土壤汞向稻米传导与累积。目前，对土壤汞向水稻植株转运、分配与累积的影响程度及控制因素的研究较少。同时，对产生影响的土壤腐殖质组分的分子结构也不明确。本研究进行野外调查和实验室根际盒盆栽实验，通过不同腐殖质添加改变土壤腐殖质，来研究土壤腐殖质对土壤中汞形态、在土壤-植株系统中迁移、汞在植株中分配和稻米汞累积的影响。研究发现：有机质分子结构显著受到长期汞污染的影响，有机质分子组成对不同汞污染水平也产生了响应。富含胡敏酸等相对稳定腐殖质添加后，土壤中汞形态发生重要改变，元素汞和水溶态汞显著降低，土壤汞的可利用性和移动性降低。不同外源腐殖质输入下的土壤腐殖质也影响了土壤微生物群落结构。水溶汞和水溶有机质可能是驱动这一变化的主要因子。富里酸的添加导致土壤中merA/B功能基因丰度的显著提高。同时发现：小分子量的类富里酸、水溶微生物副产物的增高才导致土壤汞向水环境释放的增强，并使其更易于通过水稻根“铁膜”，进入到水稻根中。汞污染使汞在植株体中的分配为：根>茎叶>籽粒，土壤中较多的小分子量腐殖质促进了植株中汞与巯基等的结合，形成的巯基结合态汞更易于在水稻植株中运移至稻米中而累积。研究认为：向土壤中施用胡敏酸在提高土壤肥力的同时，对控制土壤汞的迁移性和生物可利用性有利，应当避免向汞污染水稻土中施用富里酸类水溶肥。研究结果加深了对土壤-水稻系统中汞迁移转化的认识，也为控制稻米汞累积提供理论基础。