外源硫、铁添加对于水稻吸收土壤汞与甲基汞的影响

摘要

汞作为一种人体非必需的具有强烈毒性的全球性污染物，随着汞矿的开采和工业的发展，汞污染已成为当今重要的环境问题。我国汞矿区大部分分布在西南喀斯特地区，喀斯特地区的生态环境脆弱，一旦受到汞污染将对该地区生态系统的健康造成严重的影响。位于贵州的万山汞矿区具有极大的代表性，该地区由于多年的汞矿开采及冶炼活动，已对当地的生态系统造成严重的汞污染，尤其稻田的汞污染较为严重。研究表明，稻米的食入是万山汞矿区当地居民人体甲基汞暴露的主要途径。因此开展万山汞矿区稻田土壤的汞污染修复迫在眉睫。 本论文通过在垢溪土壤（汞含量相对较低，位于废弃土法炼汞区，有新的汞源输入）和五坑土壤（汞含量高，位于尾矿渣堆附近，无新的汞源输入）两种土壤中单独加入硫、铁以及同时加入铁硫，研究不同浓度硫、铁及两者同时添加时对于水稻各部位（根、茎、叶）积累汞的影响以及根系土中汞的变化，确定阻碍水稻吸收土壤汞的较为适宜的硫、铁浓度，并初步探讨其影响机制。得出以下结论： （1）一定浓度的硫酸钠添加可以降低垢溪土壤和五坑土壤种植水稻稻米中的总汞含量；其中，硫添加对于垢溪土壤组稻米总汞含量降低效果最为明显，其降低效果可以达到63%。硫的添加可以显著降低两种土壤种植水稻稻米中甲基汞的含量，且两种土壤组稻米甲基汞含量最大降低幅度均存在于S4梯度（S浓度为500mg/kg），分别为97%和78%。此外，硫的添加可以显著降低稻米中甲基汞占总汞的比值。结合硫添加应用于水稻的生产的经济因素，S3梯度（S浓度为300mg/kg）为适宜的硫添加浓度。 硫的添加还降低两种土壤组水稻根部总汞的含量，最大降低幅度分别为64%和63%；还可以降低垢溪土壤水稻茎部和叶片总汞含量，但会增加五坑土壤种植水稻的茎部和叶片总汞含量。硫的添加还可以显著降低两种土壤组水稻根部和茎部中甲基汞含量以及垢溪组水稻叶片甲基汞含量，但是会增加五坑土壤组叶片中甲基汞含量。 硫的添加对于种植水稻根系土总汞含量无影响；硫添加会增加垢溪组水稻根系土有效态汞含量（R=0.82，P＜0.05）；硫的添加会降低两种土壤组水稻根系土的甲基汞含量，最大降低程度分别为63%和52%。 （2）添加一定浓度的氢氧化铁可以降低垢溪土壤组种植水稻稻米总汞含量，除Fe2梯度，整体呈现稻米总汞含量随着铁添加量的增加而下降，最大下降程度为45%；而稻米甲基汞含量均低于空白组（CK组），其中Fe6梯度有着最大的降低幅度，为59%。五坑土壤组中除Fe5组外，铁添加组稻米总汞含量均高于空白组；除了Fe4梯度外，稻米甲基汞含量均低于空白组，其最大降低幅度为45%。两种土壤稻米中甲基汞占总汞的比值均低于空白组，且呈现出随铁添加浓度的上升而下降后上升在下降的趋势。结合铁添加应用于水稻的生产的经济因素，Fe2梯度（Fe浓度为250mg/kg）为适宜的铁添加浓度。 铁添加组的两种土壤种植水稻根部总汞的含量均低于其对应的CK组根部总汞含量；铁添加组垢溪土壤种植水稻茎部总汞含量低于CK组茎部总汞含量；而五坑土壤种植水稻茎部总汞含量高于CK组。此外，对于五坑土壤组，铁的添加会增加水稻叶片总汞含量。铁添加组垢溪土壤种植水稻的根茎叶中甲基汞的含量均低于CK组根茎叶种甲基汞含量，且降低程度较大，最大降低度分别为86%、85%、95%。 铁添加后，对两种土壤组水稻根系土的总汞含量无影响，而有效态汞含量均高于CK组土壤有效态汞含量，且土壤的有效态汞含量与铁添加的浓度呈正相关关系（垢溪：R2=0.6,P＜0.05；五坑：R2=0.82，P＜0.01）。此外，铁添加组的水稻根系土甲基汞含量均低于CK组甲基汞含量。 （3）硫铁同时添加时垢溪土壤组水稻的B处理组（300mg/kg FeSO4·7H2O）稻米的总汞含量低于CK组稻米总汞含量，其降低程度为11%；而A（250mg/kg FeSO4·7H2O）、B两组总汞的含量要高于CK组。硫铁同时添加时五坑土壤种植水稻中，A、B、C（250mg/kg Na2SO4+300mg/kg Fe(OH)3）三组稻米的总汞含量均低于CK组，其最大降低程度为27%；且CK、A、B三组稻米甲基汞含量随着硫酸亚铁添加量的增加呈现出下降的趋势。两种土壤组中A、B、C处理组稻米的甲基汞含量也明显低于CK组稻米甲基汞含量，最大降低幅度分别为72%（垢溪土壤）69%（五坑土壤）。两种土壤组中A、B、C三组稻米甲基汞占总汞的比值也均低于CK组。 硫铁同时添加时两种土壤的A、B、C三处理组中水稻根部总汞和甲基汞的含量均低于CK组；而A、B、C三组中水稻茎部总汞的含量要高于CK组，且CK、A、B三组中茎部总汞含量呈现出随着硫酸亚铁含量的增加而增加的趋势；但三组中茎部甲基汞含量要低于CK组，CK、A、B三组中茎部甲基汞含量呈现出随着硫酸亚铁含量的增加而降低的趋势。 硫铁同时添加时，对于水稻根系土的总汞含量无影响，而根CK组系土中的有效态汞含量要高于CK组。垢溪土壤的A、B、C三组根系土中甲基汞含量要高于CK组；而五坑土壤的A、C两组的甲基汞含量低于对应的CK组，只有B组甲基汞含量高于CK组。

目录

第1章 绪论

1.1 汞的环境地球化学

1.1.1 汞的理化性质

1.1.2 汞的毒性

1.1.3 环境中汞的分布

1.2 稻田土壤汞污染现状

1.3 水稻汞污染研究现状

1.4 水稻汞污染修复技术现状

1.5 选题依据、研究内容及技术路线

1.5.1 选题依据

1.5.2 研究内容

1.5.3 技术路线

第2章 样品采集及实验方法

2.1 样品的采集及预处理

2.1.1 水稻样品

2.1.2 土壤样品

2.2 实验方法

2.2.1 土壤pH值测定

2.2.2 土壤有机质测定

2.2.3 样品总汞的测定

2.2.4 样品甲基汞的测定

2.2.5 土壤有效态汞的测定

2.3 实验质量控制

2.3.1 实验标准曲线

2.3.2 标准物质

2.3.3 平行样品

2.3.4 空白试验

2.4 数据分析

第3章 外源硫添加对水稻吸收土壤汞与甲基汞的影响

3.1 试验材料与方法

3.1.1 试验材料

3.1.2 试验方案

3.2 结果与分析

3.2.1 硫添加对水稻稻米富集汞与甲基汞的影响

3.2.2 硫添加对水稻根、茎和叶富集汞与甲基汞的影响

3.2.3 硫添加对于土壤中汞的影响

3.3 讨论

3.4 小结

第4章 外源铁添加对水稻吸收土壤汞与甲基汞的影响

4.1 试验材料与方法

4.1.1 试验材料

4.1.2 试验方案

4.2 结果与分析

4.2.1 铁添加对水稻稻米富集汞与甲基汞的影响

4.2.2 铁添加对水稻根、茎和叶富集汞与甲基汞的影响

4.2.3 铁添加对于土壤中汞的影响

4.3 讨论

4.4 小结

第5章 外源铁硫耦合对水稻吸收土壤汞与甲基汞的影响

5.1 试验材料与方法

5.1.1 试验材料

5.1.2 试验方案

5.2 结果与分析

5.2.1 硫铁同时添加对水稻稻米富集汞与甲基汞的影响

5.2.1 硫铁耦合对水稻根、茎和叶富集汞与甲基汞的影响

5.2.3 硫铁耦合对于土壤中汞的影响

5.3 讨论

5.4 小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 问题与展望

致谢

参考文献

附录