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汞(Hg)是一种人体非必需的有毒重金属,随着汞矿的开采和工业的发展,汞污染成为当今重要的环境问题。贵州万山汞矿是我国最大的汞矿山,多年的开采活动对当地的自然环境、生态系统造成严重的汞污染,而农田系统汞污染严重导致当地农作物汞含量严重超标。研究表明,稻米是汞矿区甲基汞暴露的主要途径;稻米与水稻其他部位(根、茎和叶等)相比,具有更强的甲基汞富集能力。硒(Se)是贵州万山汞矿的伴生元素,对万山汞矿区稻米中汞和硒的相互作用研究表明:稻米中硒含量与无机汞及甲基汞含量呈负相关关系;而水稻其他部位(根、茎、叶)中无机汞和甲基汞含量也随着土壤中硒含量增加而逐渐降低。这些结果暗示,硒在抑制水稻对无机汞和甲基汞的吸收、转运及生物富集等方面发挥了重要的作用。最新研究表明:添加Se在一定程度上能减少水稻对汞的吸收,但关于硒是如何抑制水稻对汞的吸收积累过程的内在机理却不清楚。 本论文依据上述研究背景,通过向土壤中添加不同浓度的硒(亚硒酸钠),研究硒对水稻各部位(根、茎、叶和果实)积累无机汞和甲基汞的影响,同时利用化学连续提取方法,研究硒对土壤汞形态及其生物有效性的影响,初步探讨了硒与汞相互作用的机制,得出以下结论: (1)盆栽试验种植水稻,插秧前对土壤添加不同浓度的硒,硒添加的浓度依次为:0、20、40、60、100、300和500 Se mg/kg Soil。结果表明,添加硒可减少水稻果实、根和茎中无机汞以及甲基汞的积累。研究结果显示,对照组稻米无机汞含量为126μg/kg,不同处理组稻米无机汞含量范围为28~109μg/kg,处理组稻米无机汞含量比对照组降低了14%~78%;对照组稻米甲基汞含量为34μg/kg,处理组稻米甲基汞含量范围为8.9~16μg/kg,处理组稻米甲基汞含量比对照组降低了54%~74%。水稻稻米中无机汞和甲基汞的含量与硒的含量呈负相关关系,处理组水稻根、茎与对照组相比,其无机汞和甲基汞含量都表现为降低的趋势,表明加硒可抑制水稻对无机汞和甲基汞的吸收。 (2)利用化学连续提取技术,将土壤中的汞形态划分为以下7种操作化学形态:水溶态(F1)、模拟胃酸提取态(F2)、富里酸态(F3)、胡敏酸态(F4)、强络合态(F5)、硫化物态(F6)和氢氟酸提取态(F7)。 研究结果显示,低浓度土壤中胡敏酸态汞(F4)、强络合态汞(F5)和硫化物态汞(F6)是主要存在形态,其中F4的含量最高,其次为F5和F6,三者之和超过总汞含量的90%以上;土壤加硒后,水溶态汞(F1)、模拟胃酸提取态汞(F2)、硫化物态汞(F6)和氢氟酸提取态的汞(F7)的变化均较小,但强烈影响汞在胡敏酸态和强络合态之间的分布,随着硒添加浓度的增加,土壤中胡敏酸态的汞含量显著下降,由对照组浓度为3900μg/kg逐渐减少到第六处理组(S6)中的437μg/kg。与之相反,土壤中强络合态的汞含量显著上升,由对照组浓度1690μg/kg逐渐增加到S6中的7590μg/kg。 高浓度土壤中强络合态汞(F5)和硫化物态汞(F6)是主要存在形态,两者之和超过总汞含量的90%以上。土壤加硒后,水溶态汞(F1)、模拟胃酸提取态汞(F2)、富里酸提取态汞(F3)、胡敏酸提取态汞(F4)和氢氟酸提取态的汞(F7)的变化均较小,但强烈影响汞在强络合态和硫化物态汞之间的分布,随着硒添加浓度的增加,土壤中强络合态的汞含量显著增加,由对照组浓度为30260μg/kg增加到S6中的46390μg/kg。与之相反,土壤中硫化物态的汞含量显著上升,由对照组浓度为59740μg/kg降低到S6中的45960μg/kg。 (3)硒添加可有效降低土壤中汞的生物可利用性,这可能与土壤中有机结合态汞含量的下降,从而影响土壤中有机结合态和生物有效态汞之间的平衡,导致水稻生长过程中暴露的生物有效态汞含量的下降有关。土壤中生物有效态汞的含量降低,使得水稻吸收、可利用的汞减少,因此加硒使得水稻对汞的吸收积累减少。 另一方面,加硒后土壤中的甲基汞含量也明显下降,与对照组相比,处理组对应的甲基汞含量减少百分比为5.8%~43%,加硒抑制无机汞向甲基汞的转化,使得水稻吸收和可利用的甲基汞减少。