环境学院土壤-水稻系统中硒汞相互作用机理研究取得新进展

汞是一种高毒性、持久性的重金属污染物，被各国政府列为首要控制污染物之一。汞污染地区稻米中甲基汞富集及潜在人体健康危害受到高度关注。硒是动物、植物以及人类生长所必需的微量营养元素,以往大量研究表明在鱼类、动物及人体内硒可降低汞的毒害作用。近期,土壤-水稻系统中硒汞相互作用研究受到了广泛关注，但是针对其内在机理的研究还处于起步阶段，揭示土壤-水稻系统中硒汞相互作用内在机理，对开展硒对汞污染修复技术与评估硒对汞生物可利性影响等方面，具有重要科学指导价值和实际应用价值。

最近，环境学院钟寰老师及合作博士后王永杰等系统研究了土壤-水稻系统中硒汞作用内在机理。首先，模拟稻田土壤环境实验发现：（1）土壤中无论添加硒酸盐（Na2SeO4），还是亚硒酸盐（Na2SeO3），均可抑制土壤中汞的净甲基化，而且随硒添加量的增加，其相应处理组甲基汞不断降低，表明了土壤中硒对汞净甲基化的抑制作用，仅与硒使用量有关，而与硒种类无关；（2）即使在抑制土壤中参与汞甲基化的硫酸盐还原细菌（SRB）细菌作用的情况下，硒同样能够抑制汞的净甲基化，而且硫酸盐的添加未能明显影响硒对汞净甲基化的抑制。其次，水稻盆栽试验向水稻土施用硒酸盐或者亚硒酸盐，结果表明：（1）土壤施硒，土壤和水稻籽粒中甲基汞浓度均降低；随施用浓度增加显著降低籽粒中甲基汞含量，且籽粒中甲基汞含量的降低与水稻土甲基汞含量的降低呈现1:1的线性关系，证实了土壤中“硒-汞作用”过程是稻田环境中水稻甲基汞降低的关键环节。（2）叶面施硒增加了籽粒硒浓度，但没有降低水稻中甲基汞累积（图1A），而且甲基汞和硒在水稻体内累积、分配与土壤施硒截然不同。再者，模拟实验进一步发现，即使土壤添加高度硒和汞（Se 150 mg/kg, Hg 100 mg/kg），硒仍能降低汞净甲基化，通过利用Ｘ射线吸收近边结构（XANES）进一步分析发现，施硒土壤中汞的形态主要为硒化汞（HgSe）（图1B）。透射电镜加能谱（TEM-EDX）分析结果发现施硒土壤中在厌氧环境下形成了HgSe纳米颗粒（图1C）。

图1 A. 土壤施硒和叶面施硒稻米中甲基汞累积；B. X射线吸收近边结构（XANES）图谱；C. 透射电镜加能谱（TEM-EDX）图谱； D. 土壤-水稻系统中“硒-汞作用”过程示意

上述若干实验结果为阐明土壤中“硒-汞作用”过程是控制土壤-水稻体系中硒汞相互作用的关键过程提了有力证据（图1D）。相关成果发表在2016年Scientific Reports (2016,6, 19477,1-11,DOI:10.1038/srep19477)和Environmental Pollution (2016, 213:232-239,DOI: 10.1016/j.envpol.2016.02.021)。该研究得到了国家自然科学基金的资助，同时，中国科学院高能物理研究所、南京土壤研究所及上海光源给予了大力协助。

（环境学院 科学技术处）