水稻甲基汞富集对大气气态单质汞浓度升高的响应研究

水稻具有很强的甲基汞(MeHg)富集能力,从而增加了汞污染地区居民甲基汞暴露的风险.本研究利用开顶气室熏蒸实验和土壤加汞培育实验探究水稻各组织中MeHg富集对大气中的气态单质汞(GEM)浓度升高的响应.结果表明:水稻根中甲基汞含量与土壤中甲基汞含量显著正相关(r=0.9462~0.9870,p0.05),与大气汞含量无线性关系(p0.05),表明水稻根中的MeHg主要来自土壤.水稻茎中甲基汞含量随土壤甲基汞含量的增加而线性增加(上部茎:r=0.8560,p0.05;下部茎:r=0.9178~0.9484,p0.05),与大气汞含量没有相关性(p0.05),但在气室熏蒸实验中上部茎中的甲基汞含量高于下部茎;而在土壤加汞培育实验中下部茎中的甲基汞含量高于上部茎,表明水稻茎主要受土壤汞的影响,且大气汞可能对水稻上部茎甲基汞的富集有一定的影响.水稻叶中甲基汞含量与土壤甲基汞含量显著正相关(r=0.9708,p0.01),与大气汞含量无线性关系,但在气室熏蒸实验中实验组叶中甲基汞的含量高于对照组,表明水稻叶中的甲基汞可能受土壤甲基汞和大气汞的共同影响.水稻籽粒中甲基汞的含量与土壤甲基汞含量呈显著正相关(r=0.9046~0.9865,p0.05),与大气汞含量无明显的线性关系(p0.05),表明水稻籽粒中的甲基汞主要来自土壤,但在水稻上部茎和叶中甲基汞含量受一定程度大气汞含量影响的情况下势必会对水稻籽粒甲基汞的富集产生影响,但究竟有多大程度影响或量化其贡献还需进一步实验研究.     

水稻对气态单质汞的吸收与挥发

湿地是汞的重要富集场所,其还原性底质会促进气态单质汞的产生.湿地植物已进化出一系列适应淹水环境的生态特征,其中发达的通气组织可以从大气向根部输送氧气满足根系的呼吸作用.以水稻这一典型的湿地植物为例,研究其根系及通气组织是否也能成为根际气态汞向大气运输的通道,并探究其过程和影响因素.通过设计密闭分室培养装置将水稻根部与地上部分隔开,对水稻根部进行汞蒸气暴露,并通过气体吸收剂吸收由叶片挥发出的气态汞.结果表明,水稻可以从根系吸收气态单质汞并向地上组织迁移,其中根系的汞含量与水稻根孔隙度呈显著负相关,并呈二次拟合(R=0.8309,P0.01);而水稻地上部汞迁移量与水稻根表面积和根体积均呈线性正相关(R=0.896,P0.01;R=0.871,P0.01).由根系吸收的汞最终可通过水稻叶片挥发进入大气,叶片汞的挥发量随着叶片面积的增加呈线性增加(R=0.897,P0.01),单位叶面积汞挥发量与水稻蒸腾作用强度呈线性显著正相关(R=0.73,P0.01).证明了水稻根系不仅能吸收气态单质汞,并且能将汞从根部转运到地上部,再通过叶片的气孔释放到空气中.为进一步揭示湿地生态系统中汞的迁移及调控机制提供了科学依据.     

贵州某典型汞矿区流域水稻中总汞和甲基汞含量及暴露风险

鉴于流域尺度内水稻植株不同组织中总汞和甲基汞含量及人群进食稻米的汞暴露风险研究较少,系统采集了贵州省铜仁市受万山废弃汞矿影响的瓦屋河流域内水稻植株及对应根际土壤样品,分析水稻植株不同组织中的w(总汞)、w(甲基汞)及其影响因素,以及流域内人群食用稻米的汞暴露风险.结果表明:瓦屋河流域水稻精米中w(总汞)平均值为(14.2±7.0)μg/kg(范围为4.1～34.0 μg/kg,n=24),精米中w(甲基汞)平均值为(7.229±3.957)μg/kg(范围为1.974～17.364 μg/kg,n=24).精米中w(总汞)与水稻茎、叶中w(总汞)均呈较显著正相关(R=0.531,P＜0.01;R=0.499,P＜0.05),精米中w(甲基汞)与水稻根、茎中w(甲基汞)也均呈显著正相关(R=0.525,P＜0.01;R=0.612,P＜0.01);w(总汞)、w(甲基汞)均与土壤理化参数存在一定正相关关系,并均与距污染源距离呈负相关.根据精米中w(甲基汞)平均值,并按照US EPA(美国国家环境保护局)推荐的甲基汞日暴露量(ID)和危害指数(HI)的评估方法计算的瓦屋河流域居民甲基汞日暴露量为(0.075±0.041)μg/(kg·d),低于较为严厉的US EPA推荐的甲基汞日安全摄入量(RfD),危害指数为0.75.从平均状况来看,人体摄入该地区生产的精米相对较为安全.      

蔬菜对大气汞和土壤吸收的研究

通过田间观测和盆栽试验研究了蔬菜富集汞的特性及土壤、大气对蔬菜汞的贡献。对田间 11种蔬菜的研究发现 ,蔬菜根和叶的含汞浓度高于茎和果 ;在自然条件下 ,蔬菜所吸收的汞 60 %以上分布于地上部的可食部分。盆栽试验结果表明 ,在气汞浓度为 5 7.6± 14.7ng· m- 3条件下 ,红萝卜、莴苣叶 (可食部分 )的含汞浓度超过了食品卫生标准 ;气汞、土壤汞对蔬菜汞的贡献率分别为 70 .4～ 90 .7%、9.3～ 2 9.6% ,气汞较土壤汞是蔬菜更为重要的汞源     

葫芦岛市五里河土壤—植物系统中汞的迁移

为了探讨汞污染对环境各要素的影响,采用冷原子吸收法研究葫芦岛市五里河沿岸土壤、植物中汞含量.结果表明,草本植物茎叶汞含量为0.003～3.024mg/kg,植物根土汞含量为0.509～17.576mg/kg,草本植物叶汞含量为辽东蒿>水蓼>芦苇>曼陀罗>扁杆鹿草>苍耳>稗草.不同器官汞含量为根>叶>果实(穗)>茎,草本植物根汞含量、果实汞含量与土壤汞含量相关,叶与茎汞含量呈显著相关.草本植物汞的生物吸收能力因植物种类的不同而异,五里河沿岸草本植物的生物吸收系数高于Перельман分类系统中汞的生物吸收系数,属于强累积类,说明在严重汞污染的环境条件下,草本植物对汞表现为强累积.     

广西南丹玉兰汞矿周边土壤-霸王草系统汞含量分布及污染研究

本文通过对玉兰汞矿及其周边地区土壤和植物(霸王草)汞含量分布及污染的调查和研究,旨在了解土壤和霸王草中的汞污染状况以及汞在土壤-霸王草系统中的迁移转化规律,进而为汞污染防治与修复提供科学依据。本次研究共采集土壤样315件和植物样(霸王草)150件。全部土壤和植物样品采用MDS-2003F型压力自控密闭微波溶样系统消解,并用原子荧光测汞仪进行分析测定。结果表明,坑口片区土壤汞含量为1.362 1±1.227 6μg/g,拉莫片区土壤汞含量为0.742 8±0.717μg/g,周边地区土壤汞含量为0.346 4±0.031 3μg/g,分别为我国一些地区土壤汞自然含量(0.071μg/g)的19.18、10.46、4.88倍。土壤汞含量随远离矿区中部向东西两侧依次降低。植物汞含量分布与土壤汞含量分布基本相似。植物根汞、叶汞与土壤汞相关性为r=0.547和r=0.179,均大于临界值r=0.159(取信度α=5%),植物不同部分汞含量表现为根叶茎。上述特点表明土壤汞是植物汞的主要来源。本次采集工作中55%的土壤样汞含量超过了我国《土壤环境质量标准(GB15618-2008)》第二级标准的对应限值(汞≤0.35μg/g),坑口片区以及北部拉莫片区土壤汞污染较严重,污染范围为2km2。植物根汞对土壤汞的富集系数为3%,土壤汞形态分析显示土壤中的可吸收态汞含量低。植物茎/根和叶/根转运系数较高,为36.62%、65.91%,表明植物根部吸收的有效态汞较多地被转运到茎叶上。     

大气汞对土壤─植物系统汞累积的影响研究

采用室内模拟试验的方法，研究了大气汞污染对土壤－植物系统的危害及其机理。结果表明，植物可吸收大气汞，也可吸收土壤汞，当植物汞源于气汞时，其地上部汞含量高于根部；源于土壤汞时，则根汞高于地上部汞。土壤汞累积的来源可能直接吸附大气汞，也来源于植物汞的输入。     

河北衡水湖湿地汞污染现状及生态风险评价

以河北衡水湖湿地为调查对象,采用均匀设点采样分析,研究了衡水湖湿地大气、表层水和土壤/沉积物中总汞含量及其分布特征;同时采用地积累指数法和潜在生态风险指数法进行衡水湖湿地汞污染的生态风险评价.结果表明:衡水湖湿地大气总汞含量变化范围为1.0~5.0 ng·m~(-3),平均值为(2.9±0.85)ng·m~(-3);表层水总汞含量变化范围为0.010~0.57μg·L~(-1),平均值为(0.081±0.053)μg·L~(-1);土壤/沉积物总汞含量变化范围为0.001 0~0.058 mg·kg~(-1),平均值为(0.027±0.013)mg·kg~(-1).衡水湖湿地汞污染分布特征为,表层水总汞浓度岸边显著高于湖中(P0.05),湖中沉积物总汞浓度显著高于岸边土壤(P0.05);岸边大气总汞浓度与土壤总汞浓度呈正相关关系;高浓度汞富集总伴随剧烈的人为活动.地积累指数法表明衡水湖湿地地区汞污染为清洁程度;潜在生态风险指数法表明衡水湖湿地地区汞污染风险为低生态风险.     

汞在酸性紫色水稻土的转化与水稻汞富集特征

采用盆栽模拟试验,对汞(Hg)及甲基汞(MeHg)在酸性紫色水稻土中不同水稻生长期的动态变化进行了研究,并分析对比了总汞(THg)和MeHg在水稻体中的富集特征.结果表明:在水稻生长期间,土壤总汞含量变化较小,MeHg含量随时间增加而增加,土壤MeHg/THg值的变化趋势和土壤中MeHg含量变化一致.完熟期THg在水稻中植株的分布状况为:根籽粒茎叶穗壳,MeHg的分布为:籽粒根茎叶穗壳.水稻植株中MeHg/THg均值为24.03%,大于土壤均值3.05%,说明水稻植株中具有较强的MeHg累积能力.在水稻生长周期内,水稻体内MeHg富集系数均值为8.16,远大于THg富集系数的均值2.31,且籽粒中的MeHg富集系数大于根、茎、叶,说明水稻对MeHg的富集能力强于THg,且籽粒更易于富集MeHg.水稻体内的MeHg的转移系数大于THg,且籽粒中MeHg的转移系数大于1,进一步说明MeHg比THg更易在水稻体内转移.     

苏州市大气中汞的形态分布特征及来源分析

针对苏州市大气中汞的分布特征和污染来源,自2018年1月1日至2018年12月31日对苏州市大气中的气态元素汞(GEM)、气态氧化汞(GOM)和颗粒态汞(PBM)进行1 a的连续监测,并基于浓度权重轨迹分析法(CWT)和浓度玫瑰图法,研究2018年大气汞来源和浓度变化规律.结果表明,监测期间苏州市大气中GEM、GOM和PBM浓度分别在0～53.3 ng·m~(-3)、 0～256 pg·m~(-3)和0～5 208 pg·m~(-3),年均浓度分别为(2.57±2.09)ng·m~(-3)、(5.27±15.7)pg·m~(-3)和(16.0±157)pg·m~(-3).其中,GEM是苏州市大气汞的主要成分,约占99.2%.监测期间,苏州市大气中GEM季节平均浓度表现出冬季(3.17 ng·m~(-3))春季(3.09 ng·m~(-3))秋季(2.30 ng·m~(-3))夏季(1.98 ng·m~(-3))的规律.根据CWT分析结果,苏州大气中汞迁移具有季节性差异:春季和冬季的含汞气团主要来自于内陆,夏季主要来自于苏州本地、黄海和东海,秋季的含汞气团来自于内陆、黄海和渤海.同时研究发现西北方向来自内陆的大气汞浓度较高,东方向来自海洋的大气汞浓度较低.苏州市大气中GEM和PBM平均浓度表现为昼间低夜间高,与大气参数进行相关性拟合,得出大气中GEM日变化规律与太阳总辐射亦呈显著的相关性(r=-0.664,P0.001),与湿度呈显著的相关性(r=0.859,P0.001),与气温呈显著的相关性(r=-0.866,P0.001); PBM与太阳总辐射呈一般相关性(r=-0.554,P0.01),与湿度呈显著的相关性(r=0.835,P0.001),与气温呈显著的相关性(r=-0.831,P0.001).苏州市大气中GOM平均浓度在1 d内出现多次峰值(05:00、 12:00、 18:00和23:00)和谷值(02:00、 10:00、 15:00和19:00).GOM浓度升高与早晚高峰燃料油燃烧排放正相关,亦与O_3浓度升高导致GEM氧化生成GOM正相关.     

三峡库区消落带农业活动对土壤汞变化的影响

针对三峡库区消落带退水期农业生产是否会对库区环境带来不利影响的问题,以分布面积较大、农业活动较为频繁的重庆市开州区渠口镇消落带为研究区域,选择种植水稻、玉米、蔬菜和未农用的草地4类消落带地块为研究对象,调查了不同利用地块表层土壤汞(Hg)的变化特征.结果表明,研究区域内土壤THg、有效态Hg(Hg-wh)和甲基汞(MeHg)平均含量分别为25.80~68.74、0.44~0.88和0.08~0.85 ng·g-1.未耕作土地表层土壤THg、Hg-wh和MeHg含量均高于耕作土地表层土壤,说明耕作扰动能够加速土壤Hg的流失.未耕作土壤与耕作土地表层土壤MeHg含量随着落干时长的增加均呈现先升高后降低的趋势,峰值大约出现在落干后1~2个月内,约为淹水末期的4倍,之后逐渐降低至相对稳定的水平.MeHg占THg比例(%MeHg)也呈现类似规律,峰值出现在落干后1个月左右,降到稳定水平时与淹水末期含量无显著性差异(P0.05).土壤%MeHg与Hg-wh含量呈显著性正相关关系(r=0.642,P0.01),而与THg含量没有显著相关性(P0.05),说明消落带土壤Hg甲基化主要受生物可利用性Hg形态的影响.     

Mercury accumulation and dynamics in montane forests along an elevation gradient in Southwest China

Understanding atmospheric mercury (Hg) accumulation in remote montane forests is critical to assess the Hg ecological risk to wildlife and human health. To quantify impacts of vegetation, climatic and topographic factors on Hg accumulation in montane forests, we assessed the Hg distribution and stoichiometric relations among Hg, carbon (C), and nitrogen (N) in four forest types along the elevation of Mt. Gongga. Our results show that Hg concentration in plant tissues follows the descending order of litter > leaf, bark > root > branch > bole wood, indicating the importance of atmospheric Hg uptake by foliage for Hg accumulation in plants. The foliar Hg/C (from 237.0 ± 171.4 to 56.8 ± 27.7 µg/kg) and Hg/N (from 7.5 ± 3.9 to 2.5 ± 1.2 mg/kg) both decrease along the elevation. These elevation gradients are caused by the heterogeneity of vegetation uptake of atmospheric Hg and the variation of atmospheric Hg° concentrations at different altitudes. Organic soil Hg accumulation is controlled by forest types, topographic and climatic factors, with the highest concentration in the mixed forest (244.9 ± 55.7 µg/kg) and the lowest value in the alpine forest (151.9 ± 44.5 µg/kg). Further analysis suggests that soil Hg is positively correlated to C (r² = 0.66) and N (r² = 0.57), and Hg/C and Hg/N both increase with the soil depth. These stoichiometric relations highlight the combined effects from environmental and climatic factors which mediating legacy Hg accumulation and selective Hg absorption during processes of organic soil mineralization.     

内蒙古羊草草原根呼吸和土壤微生物呼吸区分的研究

利用根生物量回归法对内蒙古锡林河流域羊草草原根呼吸和土壤微生物呼吸进行了区分.结果表明,根呼吸占土壤呼吸的比例在13%~52%之间,平均为(24±3)%;土壤微生物呼吸占土壤呼吸的比例在48%~87%之间,平均为(76±3)%.土壤呼吸与根生物量的线性相关性不稳定.根呼吸活力与根冠比具有负指数相关关系(R2=0.661,P=0.20),与0~10、10~20、20~30和30~40 cm土壤含水量均有极显著的正指数相关关系(P<0.000 1).根呼吸与根呼吸活力具有极显著的指数相关关系(R2=0.848,P=0.01),根呼吸对土壤呼吸的贡献量与根呼吸活力具有显著的指数相关关系(R2=0.818,P=0.01).     

安徽庐江潜在富硒土壤硒生物有效性及其影响因素

为研究潜在富硒土壤硒生物有效性,采集安徽庐江潜在富硒地区64组水稻及对应根系土壤样品,分析土壤理化性质、土壤养分、全硒、不同形态硒及大米硒含量,采用线性回归法探究土壤硒生物有效性的影响因素.结果表明,大米硒含量（记作Se_rice,下同）为0.037~0.120 mg/kg,土壤全硒含量（记作Se_tot,下同）为0.260~1.177 mg/kg,土壤硒以腐殖酸态硒（15.5%~44.7%）、强有机态硒（12.5%~53.3%）和残渣态硒（8.1%~68.5%）为主.土壤有效硫、有效磷通过提高强有机态、腐殖酸态和浸提性硒含量并促进水稻籽实（大米）对硒的吸收,而土壤阳离子交换量（cation exchange capacity,CEC）、速效钾、全铁和全锰通过降低水稻生物可利用态硒含量（包括水溶态、腐殖酸态、强有机态和浸提性硒）抑制水稻籽实（大米）对硒的吸收.Se_tot与Se_rice显著正相关（R=0.616,P < 0.01）,非残渣态硒含量与有机质含量之比（记作NRE-Se/OM）与Se_rice相关性最强（R=0.774,P < 0.01）.土壤NRE-Se/OM、有效硫、有效铁、全锰构建的多元逐步线性对数回归模型可解释水稻籽实（大米）吸收硒的76.0%的方差.因此引入变量NRE-Se/OM,并结合土壤有效硫、有效铁和全锰能有效评价和预测研究区土壤硒生物有效性.      

Arsenic dynamics in the rhizosphere and its sequestration on rice roots as affected by root oxidation

A pot experiment was conducted to investigate the effects of root oxidation on arsenic （As） dynamics in the rhizosphere and As sequestration on rice roots. There were significant differences （P 〈 0.05） in pH values between rhizosphere and non-rhizosphere soils, with pH 5.68-6.16 in the rhizosphere and 6.30-6.37 in non-rhizosphere soils as well as differences in redox potentials （P 〈 0.05）. Percentage arsenite was lower （4%-16%） in rhizosphere soil solutions from rice genotypes with higher radial oxygen loss （ROL） compared with genotypes with lower ROL （P 〈 0.05）. Arsenic concentrations in iron plaque and rice straw were significantly negatively correlated （R = -0.60, P 〈 0.05）. Genotypes with higher ROL （TD71 and Yinjingmanzhau） had significantly （P 〈 0.001） lower total As in rice grains （1.35 and 0.96 mg/kg, respectively） compared with genotypes with lower ROL （IAPAR9, 1.68 mg/kg; Nanyangzhan 2.24 mg/kg） in the As treatment, as well as lower inorganic As （P 〈 0.05）. The present study showed that genotypes with higher ROL could oxidize more arsenite in rhizosphere soils, and induce more Fe plaque formation, which subsequently sequestered more As. This reduced As uptake in aboveground plant tissues and also reduced inorganic As accumulation in rice grains. The study has contributed to further understanding the mechanisms whereby ROL influences As uptake and accumulation in rice.     

乌鲁木齐树木叶片汞浓度时空特征及环境意义

城市大气环境由于受人为活动影响,具有较高大气汞浓度和时空分布不均一特征。植被叶片虽具有较强富集大气汞的能力,但能否指示城市大气汞时空变化,目前尚有存疑。本文通过连续监测新疆乌鲁木齐市区内6个采样点5种常见树种叶片,在生长季（2019年5～10月）内的汞浓度,分析树叶汞浓度的时空分布变化特征,进而寻找潜在的最优树种叶片,反演乌鲁木齐大气汞污染程度。结果表明,城市内的局地污染能够显著提高叶片汞浓度;树种叶片对大气汞浓度的敏感性存在明显差异（P<0.01）;落叶阔叶树的叶汞浓度与叶片生长时间呈显著正相关关系（P<0.01）,即叶片在整个生长期不断积累大气汞;而针叶汞浓度一年之内与生长时间无显著关系。考虑到圆冠榆叶片对大气汞浓度敏感性较高且分布范围更广,圆冠榆作为乌鲁木齐城市大气汞的生物监测器较为合适。本研究为研究城市大气汞浓度生物监测提供了典型的案例与借鉴。     

三峡库区消落带3种植物淹水后汞的动态变化及其对水体的影响

被淹没的植物是水库甲基汞异常升高的来源之一.为探寻淹水条件下三峡水库消落带植物中汞的动态变化特征及其对水体的影响,通过室内模拟试验,研究淹水条件下稗草、狗牙根、玉米秸秆中汞含量变化及其向水体释汞情况.结果表明,3种植物总汞含量范围为9.21~12.07 ng·g-1,甲基汞占总汞的质量分数约为1%~2%.淹水后,植物总汞含量逐渐降低,其降幅为35.81%~55.96%;而上覆水溶解态汞(DHg)浓度迅速上升,增幅为103.23%~232.15%,说明植物腐烂分解会向水体释放汞.淹水环境为植物体组织内甲基化提供了充裕条件,导致植物残体甲基汞含量升高,为初始含量的3.04~6.63倍,而上覆水溶解态甲基汞(DMe Hg)浓度也显著升高,为初始浓度的14.84~16.05倍.淹水期间,上覆水中DMe Hg与溶解氧(DO)浓度表现为极显著负相关,与可溶性有机碳(DOC)浓度存在显著正相关.而在整个淹水过程中,上覆水DHg浓度变化量为植物总汞释放量的41.74%~47.01%,且各植物残体总汞含量与上覆水DHg浓度存在极显著负相关.