利用天然汞同位素研究汞在玉米、小麦体内吸收及迁移转化机制

Requirements of environmental protection and compliance of International convention have been performed on mercury (Hg) pollution control in China, which emphasize the significance of understanding the environmental processes and source apportionment of Hg. The bio-accumulation by vegetation is an important component of the environmental processes of Hg. Previous studies suggested Hg uptake by plants via different sources and pathways, and exhibit various concentration and speciation in different tissues of plants. However great challenges have been raised during the quantitative source apportionments of Hg in vegetation and the mechanism study of the uptake, transformation and transport processes of Hg inside vegetation based on the concentration and speciation observation methods. In this study, the Hg isotopic compositions in different tissues of wheat/corn and environmental components including atmosphere and surface soil will be measured. And the isotopic fractionations during the uptake, transformation and transport of Hg inside wheat/corn will be evaluated. Temporal and spatial distributions of Hg isotopes in vegetation, surrounding atmosphere and surface soil will be concluded. The relative mechanism of uptake, transformation and transport of Hg in wheat/corn will be discussed. And the source contributions of Hg in vegetation will be calculated. This study will discuss the mechanism of bio-accumulation of Hg in vegetation and provide theoretical evidences for decreasing the exposure risks of individuals and the remediation of environmental Hg pollution.

我国在汞污染控制问题上面临着国内环境保护和国际履约的双重压力。理解汞的环境化学过程和环境介质中汞的源解析可以提高人们对汞污染的认识，对于汞的减排具有指导性意义。植物对周边环境中汞的吸收是汞的环境过程的重要组成部分。研究表明植物不同组织内的汞具有不同的来源，同时具有不同的浓度和形态。然而传统的浓度和形态观测无法定量分析植物体内汞的来源，以及植物对汞的吸收过程及汞在植物体内迁移转化过程的机制。本项目以玉米、小麦两种北方常见农作物为研究对象，测定植物不同组织内及周边大气、土壤中天然汞同位素组成，计算植物生长过程中汞在植物吸收和体内迁移转化过程中的同位素分馏，分析植物体内、大气及土壤中汞同位素的时空分布规律，汞在植物吸收和体内迁移转化过程中的相关机制，最终定量分析植物体内汞的来源及贡献率。研究结果可以更清晰的展现植物对周边环境中汞的富集机理，为降低居民汞暴露风险及汞污染的修复提供理论依据。

汞在植物体内的累积过程是汞的环境地球化学循环的重要组成部分，然而针对汞被植物吸收及其在植物体内的转运过程中机理的了解十分有限。本研究选取北方常见农作物：玉米与小麦作为研究对象，利用天然汞同位素组成分析汞在吸收和转运过程中的同位素分馏特征，并与目前研究较多的稻田生态系统对比，分析汞在不同农作物吸收和转运过程上的差异，筛选两种过程的主要影响因素，评估不同排放源的贡献。研究结果表明，玉米与小麦各组织内质量分馏值具有显著的差异，表现为相对于土壤和大气，根部富集较轻的汞同位素，而地上部分富集更轻的汞同位素；玉米、小麦的地上部分在累积大气汞的过程中引入了偏正的奇数同位素非质量分馏，但组织间除了玉米茎外无显著差异。同时还发现生长期内体现为汞的累积，即将大气及土壤中的汞累积至体内；而生殖期则体现为汞的转运，主要将根部的汞转运至果实。在同位素组成上表现为生长期玉米/小麦的根部与叶片（对于小麦为地上部分）中质量分馏值正相关，而生殖期为负相关。奇数同位素非质量分馏值也体现了类似的相关性。研究结果为研究汞的植物累积及其在植物体内的转运提供了同位素示踪依据。