盆栽水稻对土壤汞富集特征及其影响因素
摘要:通过室内水稻盆栽实验，研究了苏南水稻土在外源无机汞及秸秆还田条件下，成熟期水稻不同器官对汞(Hg)的富集行为，并对稻米Hg积累的影响进行分析。结果表明，土壤外源Hg明显抑制水稻生长，表现为根部、秸秆生物量及产量均显著下降，平均分别下降35%、24%和35%。相同土壤条件下，盆栽稻米Hg含量基本上低于野外调查结果，表明野外稻米中Hg的来源具有多元性特点，也存在其他室内外差异因素的影响。
土壤中添加外源Hg，可明显增加成熟期水稻各器官对Hg的富集，稻米、稻壳和秸秆Hg含量平均分别提高220.9、39.5和97.8μg·kg－1。在不同盆栽土壤中，秸秆还田对外源Hg向水稻各器官迁移的影响存在异同。土壤pH、CEC、有机质和碳酸钙均可影响稻米对土壤中外源Hg的吸收。稻米富集Hg的能力强于稻壳，土壤中添加外源Hg条件下，稻米对Hg的富集能力提升速率明显高于秸秆。
据统计，当今世界每年向环境中排放汞(Hg)污染物约1.5万t［1］。1995—2003年期间，我国每年以2.9%的增长速度向环境中释放Hg污染物，2003年已达到(696±307)t，其中，有色金属冶炼和燃煤是Hg的主要来源，约占80%［2］。释放到环境中的大部分Hg污染物最终进入土壤，引起土壤Hg污染。
土壤是Hg的源与汇，它在Hg的生物地球化学循环中的作用至关重要［3］。我国土壤中Hg含量范围为0.001～45.90mg·kg－1，高于世界土壤Hg自然含量的平均值［4］。根据我国土壤普查可知，约有1.6%样点的土壤样品出现Hg超标［5］。Hg可在作物可食部分积累并进入食物链，继而对人类健康造成严重威胁，被联合国环境规划署列为全球性污染物。同时，Hg在生物体中易转化为毒性更大的甲基化合物，也被美国环保局列为129种优先控制污染物之一［6］。
全世界近一半的人口以大米为主粮，大米出现污染将对人体健康产生巨大风险［7］。研究［8］表明，在种植水稻的淹水还原条件下，Hg在土壤中的移动性强，同时在还原菌的作用下易甲基化，提高了土壤中无机Hg和甲基Hg的生物有效性，促进水稻对其吸收。有研究［9－10］表明，水稻对无机Hg和甲基Hg的富集能力高于其他作物。中国是世界上第一水稻生产大国，约有29%的大米产于中国［11］。因此，在我国土壤Hg污染对水稻安全生产的影响尤为突出。土壤Hg污染引起的粮食安全问题已倍受关注。
外源Hg进入土壤后，其将与土壤组分作用，尤其是Hg与有机质间具有极强的结合力［12］。有机质含量高的土壤，具有明显的Hg解毒作用，土壤有机质中的腐殖酸可以通过对Hg的络合来影响土壤中Hg的存在形态和生物活性［13－15］。因此，研究外源Hg进入土壤后其对水稻的生物有效性显得尤为必要。常熟市以水稻生产为主，研究表明，农田土壤中Hg超标样点占52.3%，稻米样品超标率达到20.6%，且土壤中Hg与水稻籽粒中Hg含量对应关系存在较大差异［10］。
为进一步研究土壤与水稻中Hg的关系，以及外源Hg进入土壤后对水稻生长发育及Hg富集的影响。笔者采集常熟市不同Hg污染程度农田耕层土壤，进行水稻盆栽实验，研究土壤Hg对水稻生长发育的影响以及成熟期水稻不同器官Hg含量与土壤组分的关联，以期为治理与调控土壤Hg污染提供科学依据。
