沼液灌溉对稻田土壤汞甲基化及稻米甲基汞富集的影响

With popularized of national household biogas and the constructed of large-scale feeding enterprise biogas project, the problem of biogas slurry disposal is increasingly prominent. Replacing part of the fertilizer application biogas slurry irrigation of paddy fields, is an important way to utilize the resource of biogas slurry. With its special physical and chemical properties and characteristics of the microbial, it could affect the methylation of mercury when entered the paddy soil. And the rice can absorb high levels of methyl mercury, increasing the risk of human methylmercury exposure by food chain. At present, the mechanism of mercury methylation in biogas slurry irrigation paddy soil is still unclear. It is rarely seen reports of mercury methylation in paddy soil and methyl mercury enrichment in rice. Clearing the concentration of methylmercury in biogas slurry irrigated paddy soil and the distribution characteristics of methylmercury in rice, and discussing the effects of non-biological and biological methylation by biogas slurry irrigation of paddy soil, to providing scientific justification for biogas slurry irrigation on the ecological environment risk and ensure the security of rice in biogas slurry irrigation paddy.

随着国家户用沼气的普及和大型养殖企业沼气工程的建设，沼液处理问题日益突出。应用沼液灌溉稻田替代部分化肥，是沼液资源化利用的一条重要途径。沼液特殊的物理化学性质及微生物的特性决定了其进入稻田后，可能会影响稻田土壤汞的甲基化，稻米吸收富集高浓度甲基汞进入食物链，进而增加人体甲基汞的暴露风险。但目前对沼液灌溉稻田土壤汞的甲基化机理仍不明确，针对沼灌稻田土壤汞甲基化及稻米甲基汞富集的相关研究更是鲜见报道。本项目通过对沼灌稻田土壤汞甲基化及稻米甲基汞富集的研究，明确沼灌稻田土壤及水稻中甲基汞含量及分布特征，探明沼液灌溉对稻田土壤非生物及生物甲基化的影响，为沼液灌溉可能带来的汞生态环境风险问题及确保沼灌区水稻生产安全提供科学依据。

应用沼液灌溉稻田替代部分化肥，是当前农村废弃物资源化的一条重要途径。考虑到沼液特殊的物理化学及微生物特性决定了其进入稻田后，势必会影响稻田土壤汞的甲基化行为及稻米甲基汞的富集特征。为此，本研究在对典型长期沼灌稻田进行系统调查、采样的基础上，采用现场定位试验和室内模拟研究相结合的方法，研究沼灌稻田土壤及水稻中甲基汞含量及分布特征、沼灌稻田水体中汞甲基化及去甲基化及影响因素、进行沼灌稻田土壤中汞甲基化细菌的筛选分离、探索沼灌稻田土壤中汞甲基化相关微生物的群落组成及影响因素等。经过三年的实地调研和室内外模拟实验，完成了既定目标任务。结果表明，沼灌稻田中汞的含量略高于常规稻田，甲基汞的含量明显高于常规稻田，甲基汞占总汞的比例也均高于常规稻田土壤，沼灌稻田土壤具有较高的汞甲基化速率。沼灌稻田土壤中Hg-e所占的比例均高于常规稻田土壤。沼灌区当地居民存在通过食用地产稻米汞及甲基汞暴露的风险。不同汞污染条件下水稻植株各部位甲基汞占总汞的比例总体表现为籽粒>茎>叶>根，籽粒具有很强的甲基汞蓄积能力。不同基因型水稻籽粒中总汞和甲基汞含量最高的是三峡糯1号和渝香糯1号2个糯稻品种，其次是Y两优1号、渝香203、热粳优35、黄华占，籽粒中总汞和甲基汞含量最低的是武运梗24。常规稻田水甲基汞的含量与光照强度呈线性正相关关系，而沼灌稻田水中甲基汞的含量与光照强度呈抛物线关系。沼液中的常见组分如腐殖酸、富里酸、氨基酸、维生素B12及微生素B2都直接或间接地影响着沼灌稻田水体中汞的甲基化。沼灌稻田水体中甲基汞的去甲基化弱于常规稻田水体。随着沼灌年限的增加，土壤中硫酸盐还原细菌在目、科、属水平上的占比都有增加的趋势，属水平上铁还原细菌的占比随沼灌年限的增加而增大，产甲烷菌的占比也有增加的趋势。pH值对沼灌稻田土壤中与汞甲基化相关的微生物群落结构影响最大，其次是土壤有机质和磷酸盐含量。