典型农作物中汞的大气来源及通量研究

人为活动已极大地改变全球尺度上汞源、汇分布及其环境影响。现有森林系统对大气汞循环作用研究表明当前全球汞质量平衡模型大大低估了大气向地表汞输入通量，忽视了陆地植被这一重要大气汞汇。本项目拟通过田间原位开顶气室-底部布气试验，分析不同环境大气汞浓度下作物生长期各部位汞含量的变化和规律，建立作物根、茎、叶和果实汞含量对大气汞浓度响应关系；结合田间培育试验不同土壤汞水平与作物各部位汞含量关系，构建典型农作物中汞的环境大气和土壤来源分配参数化关系，估算农作物对大气汞的吸收通量。在此基础上，以省市自治区为单位收集作物及其生长土壤样品，应用本项目田间试验参数化结果和作物生物量，评估我国区域尺度上农作物对大气汞的汇作用。为发展区域和全球汞质量平衡模型以及合理有效规避和减少动物和人体汞暴露提供科学依据。

人为活动已极大地改变全球尺度上汞源、汇分布及其环境影响。现有森林系统对大气汞循环作用研究表明当前全球汞质量平衡模型大大低估了大气向地表汞输入通量，忽视了陆地植被这一重要大气汞汇。本文率先将开顶式气室（open top chambers, OTCs）用于大气汞的植物熏蒸实验，并取得良好的大田模拟效果；通过开顶式气室汞熏蒸试验和土壤加汞试验成功建立的农作物（玉米、小麦、水稻和其它等七种）各部位汞与大气和土壤汞水平的响应关系表明：在每一个生长时期，农作物叶的汞浓度均与大气汞浓度呈显著线性正相关（R = 0.9639 – 0.9997，p < 0.05），与土壤汞浓度无显著相关性（p > 0.05），表明农作物叶中的汞主要来自于大气；大部分农作物根的汞浓度与土壤汞浓度呈显著正相关（R = 0.8990 – 0.9992，p < 0.05），与大气汞浓度无显著相关性（p > 0.05），表明农作物根中的汞主要来自于根对土壤汞的吸收；谷物上部茎的汞浓度普遍高于其下部茎的汞浓度，且较高浓度的大气汞（70-100 ng m-3）能显著增加作物上部茎的汞浓度（p < 0.05），这说明与土壤汞相比，大气汞对农作物茎中汞的积累影响更大；种子中汞浓度受大气、土壤汞影响不一。初步发现环境浓度的大气、土壤汞对作物叶片的生理活性影响较小，这可能是叶能线性吸收大气汞的前提条件。 对中国粮食主产区（10省）玉米、小麦和水稻各器官以及根际土的汞浓度调查，结合本项目大田试验结果初步估算中国农作物对环境（大气和土壤）汞的富集通量为14.04吨/年，其中对大气汞的富集通量为9.38吨/年，各器官中叶对大气汞的富集通量最高为6.69吨/年。这些结果的获得为发展区域和全球汞质量平衡模型以及合理有效规避和减少动物和人体汞暴露提供科学依据。