高汞硒区稻田生态系统硒影响甲基汞迁移转化的机理研究

Rice can accumulate methylmercury (MeHg) in mercury (Hg) mining area. Rice consumption is the main route of MeHg exposure for local residents. Selenium is an essential trace element in the organism. The risk and benefit assessment of intake of MeHg and selenium (Se) can better evaluate the health risk of huamn MeHg exposure. Right now, most research of Hg and Se interactions focused on the aquatic ecosystems, mammals, and humans. Our preliminary results indicated Se may inhibit the uptake, transportation, and accumulation of MeHg in rice grain in Wanshan high Hg and Se area. In this study, we will carry out both field investigation in the paddy fields of Wanshan area and the simulation experiments under different Hg and Se combination. The speciations and concentrations of Hg and Se in the irrigation water, pore water, paddy soil, and rice plant will be determined during different rice growing periods. The purpose of this study is to explore the mechanism of Hg and Se interaction and its key factors in the terrestrial ecosystems. Through this study, we can select suitable selenium speciation and concentration to inhibit MeHg accumulation and promote selenium uptake in the rice grain, which can reduce MeHg exposure in the population of Hg polluted area.

汞矿污染地区种植的大米可以富集甲基汞，食用大米是汞矿区居民甲基汞暴露的主要途径。硒是一种生物体必需的微量元素，硒-汞摄入的风险-收益分析可以更加准确地评价人群甲基汞暴露的健康风险。目前国内外大多数有关汞-硒相互作用的研究工作主要针对水生生态系统、哺乳动物和人体。而我们的初步研究表明万山高汞硒地区的水稻在甲基汞的吸收、转移及富集动态过程中可能受到硒的抑制作用。本研究通过野外调查和室内模拟实验，研究不同的初始汞硒形态和含量组合下，水稻不同生长时期稻田灌溉水、土壤上覆水、土壤以及水稻植株汞硒形态和含量的动态变化，从而探讨汞硒之间的相互作用机理及关键影响因素，丰富陆地生态系统汞-硒相互作用的认识；同时筛选可对土壤汞的甲基化及水稻甲基汞的吸收富集产生"拮抗效应"的硒形态和安全浓度，抑制甲基汞在水稻果实的积累并大大增强硒的富集吸收，为降低汞污染地区人群的甲基汞暴露风险提供科学依据。

汞矿污染地区种植的大米可以富集甲基汞，而食用大米是当地居民甲基汞暴露的主要途径。我们的初步研究表明万山高汞硒地区的水稻在甲基汞的吸收、转移及富集动态过程可能受到硒的抑制作用。目前国内外有关汞-硒相互作用的研究都集中在水生生态系统、哺乳动物和人体，陆地生态系统汞-硒相互作用的机理和机制并不清楚。本项目从室内水培、野外盆栽和野外调查三方面系统开展了稻田土壤汞-硒相互作用研究工作。研究发现，Se(VI)可以显著抑制水稻对甲基汞的吸收，而Se(IV)可以显著促进水稻对甲基汞的吸收，但是都存在一定的阈值范围；亟待开展土壤硒存在形态（如Se(VI)、Se(IV)等）的系统研究。土壤在加硒条件下有机结合态汞大部分向元素汞转化，使稻田土壤生物有效性汞的含量显著下降，因此可以显著降低稻米的无机汞和甲基汞含量，硒添加浓度的阈值为20 mg/kg；土壤硒对甲基汞生成的抑制作用与硒的剂量有关，可能的机理是形成Hg-Se络合物。万山汞矿区稻米的总硒含量与总汞含量之间并不存在显著的相关性，当稻米总硒或甲基汞含量较高时，两者呈现出显著的反相关关系，硒可以显著抑制水稻对甲基汞的吸收和富集。硒是一种生物体必需的微量元素，水稻土壤通过添加硒可以抑制水稻对甲基汞的积累并提高硒的含量，实现汞污染土壤的生物修复，为降低汞污染地区人群的甲基汞暴露风险提供全新的思路。