摘要
汞(Hg)是一种环境污染物，土壤中的Hg在长期的淹水环境中易受汞微生物甲基化的影响，无机汞可转化为甲基汞(MeHg)，MeHg是Hg形态中毒性最强且对人体健康危害最大的一种。研究表明，稻米易富集MeHg，稻米的食用已成为Hg污染地区人体MeHg暴露的主要途径之一。因此，如何抑制稻田中MeHg的形成及其在稻米中的累积已成为亟需解决的重要问题。 目前，生物炭材料因具有较大的表面积、多微孔、吸附力强等特点，已被广泛应用于土壤重金属污染的修复。为了进一步探索施加生物炭对不同品种水稻累积Hg的影响效果及其潜在机制，本研究向Hg污染土壤中施加稻壳生物炭，选用不同品种水稻开展两年的盆栽试验，监测植物生长过程中土壤、土壤孔隙水、水稻植株各部位中总汞(THg)和MeHg的变化情况，旨在为贵州Hg污染农田土壤修复提供理论依据。在2021年盆栽试验中，选用天优998、连粳15、和金粳 818 3个水稻品种，2022年盆栽试验选用 C两优丝苗、广 8优 165、宜香 1979、旌优 348和连粳 15 5个品种，其中 C两优丝苗、广8优165、宜香1979和旌优348为贵州品种。研究结果如下： (1) 对不同品种水稻生物量的研究结果表明，在 2021年试验中，与对照相比，1%生物炭的施加显著提高了连粳15根部、茎部和叶片中的生物量，分别提高了60.57%、68.74%和102.0%，天优998和金粳818根部、茎部、叶片和稻米中的生物量与对照相比没有明显差异；在对照组中，天优998根部的生物量最高，连粳15的最低，施加1%生物炭处理后，3种水稻根部、茎部和叶片的生物量均没有显著差异。在2022年，与对照相比，施加3%生物炭显著提高了C两优丝苗、广8优165、宜香1979和旌优348稻米的生物量，分别提高了70.84%、73.06%、89.14%和41.74%，也提高了广8优165、宜香1979、旌优348和连粳15茎部的生物量，分别提高了44.84%、63.48%、43.86%和223.4%，还提高了C两优丝苗、广8优165、宜香1979和连粳15叶片的生物量，分别提高了65.36%、62.31%、60.79%和313.7%；在两个不同处理组中，旌优348茎部的生物量最高，连粳15叶片和稻米的生物量最低。 (2) 生物炭的施加对不同品种水稻植株中 THg含量的影响效果不同。在2021年试验中，与对照相比，施加1%生物炭显著降低了连粳 15根部和精米中 THg含量，根部 THg含量由 20.22 mg/kg下降到 14.63 mg/kg，精米中 THg含量由 172.6 ng/g下降到 145.5 ng/g，两者分别降低了29.26%和15.72%，天优998和金粳818精米中THg含量与对照相比无显著差异。在2022年，与对照相比，施加3%生物炭显著降低了C两优丝苗、广8优165、宜香1979、旌优348和连粳15茎部和叶片中THg含量，降低范围分别为36.01%~58.35%和 14.99%~30.67%，其精米中 THg 含量分别由 39.75 ng/g、37.02 ng/g、38.51 ng/g、45.98 ng/g和 21.42 ng/g下降到 16.41 ng/g、18.95 ng/g 、 14.39 ng/g 、 18.32 ng/g 和 1.94 ng/g ， 降 低 范 围 为44.26%~62.64%。 (3) 生物炭的施加对不同品种水稻植株中 MeHg含量的影响效果不同。在2021年试验中，与对照相比，施加1%生物炭显著降低了连粳15 和金粳818 精米中MeHg 含量， MeHg 含量分别由127.1 ng/g 和 104.7 ng/g 下降到 77.52 ng/g 和 89.71 ng/g，分别降低了39.03%和14.30%，但天优998精米中MeHg含量无明显差异。在2022年，与对照相比，施加3%生物炭显著降低了C两优丝苗、广8优165、宜香1979、旌优348和连粳15叶片中MeHg含量，降低范围为 58.37%~69.59%，其精米中 MeHg 含量分别由 25.48 ng/g、21.67 ng/g、19.70 ng/g、25.25 ng/g和 13.14 ng/g下降到 10.56 ng/g、7.95 ng/g 、 11.07 ng/g 、 8.05 ng/g 和 4.72 ng/g ， 降 低 范 围 为43.82%~68.12%。总而言之，施加1%生物炭对连粳15累积THg和MeHg的抑制效果最强，施加3%生物炭对旌优348累积MeHg的抑制效果最强。 (4) 通过比较不同品种水稻精米对土壤中 THg和 MeHg的累积特征表明，在2021年盆栽试验的对照组中，水稻精米中THg含量由高到低依次为连粳 15 ＞天优 998 ＞金粳 818，精米中 MeHg含量由高到低依次为连粳 15 ＞金粳 818 ＞天优 998，连粳 15富集 THg和MeHg的能力最强。在2022年，水稻精米中THg和MeHg含量最低的品种是连粳15，精米中MeHg含量最高的品种是C两优丝苗和旌优348。在1%生物炭的处理下，金粳818精米中THg含量最低，而精米中MeHg含量较低的品种是天优998和连粳15；在3%生物炭的处理下，水稻精米中THg和MeHg含量最低的品种是连粳15。 (5) 通过对土壤中 Hg的赋存形态分析表明，在 2021年试验中，与对照相比，施加1%生物炭显著降低了连粳15和金粳818成熟期土壤中溶解态与可交换态汞含量，分别降低了40.36%和29.70%。在2022年， 3%生物炭处理的5个品种水稻成熟期土壤中溶解态与可交换态汞含量均显著低于对照，降低范围为82.38%~89.85%；与对照相比，施加3%生物炭显著降低了广8优165和连粳15土壤中碳酸盐结合态汞含量，分别降低了83.02%和72.43%，提高了连粳15土壤中残渣态汞含量。 (6) 对于不同的水稻品种，生物炭处理降低其精米中 THg 和MeHg含量的主要途径存在差异，这主要与生物炭的施加对水稻植株各部位中Hg含量和Hg转移系数的影响效果有关。
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