汞矿区稻田土壤中汞的分布特征及甲基化-去甲基化速率研究

目录

摘要......................................................................................................................................... I ABSTRACT ............................................................................................................................. I V 第1章文献综述. (1)

1.1概述 (1)

1.1.1 汞的物理化学性质 (1)

1.1.2 汞的毒性、暴露途径及危害 (1)

1.1.3 汞暴露风险及人体的安全汞摄入量 (3)

1.2环境中汞的分布及迁移转化 (4)

1.2.1 汞在大气的存在形式 (4)

1.2.2 汞在水体的存在形式 (4)

1.2.3 汞在土壤的存在形式 (5)

1.2.4 自然环境中汞的甲基化／去甲基化 (6)

1.3矿区汞污染的来源与现状 (8)

1.3.1 固体废弃物 (9)

1.3.2 矿山废水 (9)

1.3.3 废气 (9)

1.4稻田生态系统汞研究现状 (10)

1.4.1 水稻 (10)

1.4.2 稻田生态环境 (11)

1.4.3 我国水稻种植区土壤汞污染情况调查 (12)

1.4.4 稻米是汞矿区居民人体甲基汞暴露的主要途径 (13)

1.4.5 稻田生态系统汞的生物地球化学过程研究现状 (13)

第2章选题背景及研究意义 (18)

2.1立题依据 (18)

2.2研究目标 (20)

2.3研究内容 (20)

2.3.1 汞矿区稻田体系各介质中汞的分布特征及稻田土壤中汞的来源 (20)

2.3.2 稻田土壤汞的甲基化速率/去甲基化速率及其影响因素研究 (20)

2.4技术路线 (21)

第3章研究区概况与样品采集分析 (23)

3.1研究区域概况 (23)

3.1.1 地貌与气候 (23)

3.1.2 矿区水系 (23)

3.1.3 汞矿区概况 (24)

3.2实验设计 (25)

3.3样品采集与预处理. (27)

3.3.1 大气气态单质汞和大气降水采集及保存 (27)

3.3.2 灌溉水和稻田上覆水采集及保存 (27)

3.3.3 稻田土壤孔隙水（水相）和土壤剖面（水相加固相）采集及保存 (28)

3.3.4 稻田土壤汞的甲基化/去甲基化样采集及保存 (29)

3.4样品分析方法 (30)

3.4.1 水样 (30)

3.4.2 土壤样品 (31)

3.4.3 土壤甲基化/去甲基化速率分析 (32)

3.4.4 相关参数测定 (33)

3.5实验质量控制 (34)

3.5.1 最低检测限 (34)

3.5.2 标准工作曲线 (35)

3.5.3 空白实验 (35)

3.5.4 标准物质的测定 (35)

3.5.5 加标回收实验与平行样 (36)

第4章稻田体系中汞的分布特征 (37)

4.1大气及雨水中汞的含量分布特征 (37)

4.2稻田灌溉水和上覆水中汞的含量分布特征 (39)

4.3稻田土壤及孔隙水的物理化学性质 (42)

4.3.1 稻田土壤含水率的分布特征 (42)

4.3.2 稻田土壤孔隙水中铁离子和硫离子分布特征 (43)

4.3.3 土壤有机质和pH分布特征 (46)

4.4土壤剖面中汞的分布特征 (48)

4.4.1 土壤孔隙水中汞的分布特征 (48)

4.4.2 土壤剖面汞的分布 (50)

4.4.3 土壤中汞的赋存形态 (53)

4.5稻田土壤中汞的来源分析 (58)

4.6小结 (61)

第5章稻田土壤汞的甲基化／去甲基化速率及其影响因素 (62)

5.1稻田土壤汞的甲基化／去甲基化速率 (62)

5.2稻田土壤中汞的甲基化影响因素讨论 (67)

5.2.1 铁和硫 (67)

5.2.2 土壤pH和有机质 (69)

5.2.3 生物可利用性汞 (70)

5.3小结 (73)

第6章结论与建议 (75)

6.1结论 (75)

6.2主要创新点 (75)

6.3建议 (75)

参考文献 (77)

致谢 (87)

发表论文及参与课题 (89)

摘要

汞矿区稻田土壤中汞的分布特征及甲基化／去

甲基化速率研究

农业环境保护专业博士研究生赵蕾

指导教师王定勇冯新斌Christopher W.N. Anderson

摘要

水稻种植是东南亚各国主要的农田利用方式，稻米是当地居民的主食。食用稻米已成为我国西南汞矿区居民甲基汞暴露的主要途径。有研究证实，水稻体内的甲基汞主要来源于土壤，且根际土壤甲基汞含量是控制水稻各部位甲基汞含量高低的关键因素。稻田被证实为陆生生态系统中重要的甲基汞“源”，汞矿区稻田土壤汞的甲基化作用是陆地生态系统汞的生物地球化学循环的重要环节。稻田系统中汞的生物地球化学循环过程非常复杂，系统性的研究非常匮乏，可利用的数据非常有限。到论文工作开展以前，有关汞污染区稻田土壤中汞的甲基化/去甲基化速率的研究仍是空白。

本研究选择贵州万山汞矿区不同污染类型的两组水稻田为研究对象，包括：1）土法炼汞区水稻田（垢溪），该研究点具有高汞大气、低汞土壤的特点；2）废弃汞矿区水稻田（五坑），该研究点具有低汞大气、高汞污染土壤的特点。本研究主要开展了以下3方面的工作：1）了解汞矿区稻田体系各组成部分（大气、大气降雨、灌溉水、上覆水和土壤）中汞的分布特征，探索汞的迁移转化过程；2）利用单一稳定汞同位素加入法（202HgCl2和Me198HgCl），测定稻田土壤中汞的甲基化/去甲基化速率；3）通过测定土壤剖面孔隙水中的可溶性有机碳（DOC）、二价硫离子（S2-）、硫酸根离子（SO42-）、和铁离子（Fe2+和Fe3+）的含量，以及稻田土壤有机质含量（OM）、pH值等理化参数，分析稻田土壤汞甲基化／去甲基化作用的主要影响因素，为汞矿区稻田污染修复和保证稻米食用安全提供可靠的数据支持。主要研究结果如下：

（1）本研究发现，水稻生长期间，土法炼汞区稻田上覆水中甲基汞占总汞的比例最高可达到11 %，并且土法炼汞区稻田上覆水中甲基汞占总汞的比例均值（5.9±4.4 %）高于对应的稻田灌溉水（0.71±0.93 %）和雨水（0.031±0.028 %）。然而，水稻生长期间，废弃汞矿区稻田上覆水中甲基汞占总汞的比例均值（0.48±0.63 %）与对应的稻田灌溉水（0.45±0.52 %）和雨水（0.16±0.20 %）间没有明显的差异。上述统计结果暗示，水稻生长期间，土法炼汞区稻田中存在活跃的净甲基化作用；相对而言，废弃汞矿区稻田中汞的净甲基化作用较弱。

（2）在水稻生长期间，尽管废弃汞矿区稻田土壤总汞含量（38±4.8 mg kg-1）远高于对应的土法炼汞区（3.2±0.75 mg kg-1），但是废弃汞矿区稻田土壤甲基汞含量却低于土法炼汞区稻田土壤甲基汞含量。尤其是对比两个采样点表层土壤（0~2 cm）中甲基汞的含量分布特征发现，土法炼汞区稻