同步辐射技术研究汞在土壤-植物系统中的迁移和转化

Mercury is an important environmental contaminant that is persistent in the environment and can be transported globally. Soils are both sources and sinks of Hg. Hg in soils can enter the food chains via plants and subsequently has negative effects on human health. However, intensive studies on translocation and transformation of Hg in plant-soil systems are scarce. In this study, the following three topics will be investigated using synchrotron radiation-based techniques, isotopic tracing, soil chemistry, biochemistry, and analytical chemistry methods. 1) Translocation and transformation of Hg in the micro- interface of soil particles; 2) Distribution and transformation of mercury species in the microenvironment around rhizosphere; 3) Absorption, transportation, transformation and accumulation of mercury species in plants. This proposal is aimed to elucidate the mechanism that affects the transportation and transformation of mercury species in soil-plants systems, which can be used for the regulation of enhanced or decreased mercury absorption of mercury in plants. This study will provide a practical and experimental basis for the decreasing or elimination of mercury toxicity in crops, and lay an important scientific foundation for the phytoremediation of mercury-contaminated soils and safety assurance of crops quality.

汞是重要的环境污染物，能在环境长期存在并具有全球迁移特性。土壤既是汞的源又是汞的汇，土壤中的汞可以通过植物进入食物链，危害人体健康，但目前对汞在土壤-植物系统中的迁移、转化尚缺少深入研究。本项目拟采用基于同步辐射的分析技术结合同位素示踪、土壤化学、生物化学和分析化学手段，开展以下研究工作：1）汞在土壤胶粒固液微界面的迁移和转化；2）汞在根际微环境中的分布和转化特征；3）植物对不同形态的汞的吸收、转运、转化和蓄积。阐明汞在土壤-植物系统中的迁移转化规律及影响因素、作用机制，以期为发展植物对汞吸收（抑制或促进）的调控技术，降低汞生物毒性和生物去除汞污染的方法提供理论依据和实验手段，为汞污染土壤的生物修复及保障农产品质量安全提供科学依据。

汞是重要的环境污染物，能在环境长期存在并具有全球迁移特性。土壤既是汞的源又是汞的汇，土壤中的汞可以通过植物进入食物链，危害人体健康，但目前对汞在土壤-植物系统中的迁移、转化尚缺少深入研究。.本项目发展了利用同步辐射X射线荧光技术原位定量分析生物样品中汞的方法，检出限为0.20 ug/g。研究了汞在土壤胶粒固液微界面的迁移转化，发现新进入稻田系统的汞主要以有机结合态存在，发现有机质（腐植酸）可以促进Hg在土壤矿物质上的吸附，另一方面，也促进矿物质上吸附汞的解吸。进入稻田生态系统的汞可以转化成纳米硫化汞，纳米硫化汞不仅可以为微生物所利用，通过生物甲基化形成甲基汞，而且可以直接进入水稻根部，纳米硫化汞暴露的水稻稻米中甲基汞是主要的蓄积形式。研究了外界条件水稻对汞的吸收和转运和转化的影响。发现根表铁膜可以显著抑制水稻根部对无机汞和甲基汞的吸收和向茎叶部分的转运及蓄积，对于甲基汞的阻抑作用尤其显著；无机汞易吸收，甲基汞易转运；利用HPLC-ICP-MS结合同步辐射X射线吸收谱研究水稻体内汞形态的结果表明：水稻幼苗期的根部有显著的甲基汞的去甲基化现象，未见无机汞的甲基化。适量的硒补充可以增加汞污染区稻田土壤的稻米产量，降低水稻各组织特别是根部中柱、稻米胚部位的汞蓄积。在稻田土壤添加适量的硫可降低汞的生物可利用性，但而大量的硫导致残渣态汞的溶解，使稻田土壤汞的微生物甲基化水平提高，稻米汞蓄积增加。秸秆还田能在大范围内促进多种稻田土土壤甲基汞浓度的上升，进而可能会导致稻米累积的甲基汞升高，最终可能导致人体甲基汞暴露增加。.本项目的研究成果为发展植物对汞吸收（抑制或促进）的调控技术，降低汞生物毒性和生物去除汞污染的方法提供理论依据和实验手段，为汞污染土壤的生物修复及保障农产品质量安全提供科学依据。