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土壤—植物系统中汞生物活性的调控及其机理研究

李波  
【摘要】: 汞对动植物和人类的毒害都非常大。日本“水俣病”造成的人体损伤有目共 睹。汞污染成为全球性环境问题已在二十世纪九十年代达成国际共识。由于全球 化石燃料燃烧释放的汞90%经大气回落到地面,且工农业生产过程产生的汞通过 气迁和水迁也进入地面,因此,陆生系统已成为汞的纳污场。受汞污染的土壤通 过食物链正在向人畜体内传递,这是陆生生态系统的一大隐患,因而至今没有受 到应有的重视。近年许多研究显示:一些地区的农作物汞含量已有超标现象;在 酸尘降地区,即使大气汞含量甚低的情况下,农田蔬菜可食部分的汞可与标准值 持平,甚至超标,说明土壤汞是陆生生态系统中的重要汞污染源,其危害程度正 逐渐严重,已构成对人类健康的威胁。所以,当务之急必须对土壤汞在陆生生态 系统中的循环及其在农作物可食部分中的积累加以控制,防止土壤汞污染食物 链。 目前国内外研究思路一是预防,二是防治土壤汞污染。具体而言就是杜绝外 源汞进入陆生生态系统以及阻止汞进入农作物体内,其手段是通过控制化石燃料 的用量以降低进入生态系统中的汞;从土壤中完全除去汞;以及抑制系统中重要 的汞库—土壤汞的迁移和活化等。采取的措施有工程措施、生物措施和农业措施。 其中只有农业措施是比较适应田间环境,且符合我国的农业生产习惯和传统耕作 方法。然而对陆生生态系统中土壤汞循环的调控研究却相对薄弱,还没有人提出 一种有效阻止土壤汞污染食物链的方法。不过,前人进行了包括汞在陆生生态系 统中的循环、土壤汞的生物有效性、土壤汞活化及其与环境因素的关系等方面的 大量研究,都是开拓防止土壤汞污染食物链的极好借鉴。为了开展节制土壤汞污 染食物链的研究,必须从方法手段的选择到作用机理等进行全面探索。 在陆生系统中,汞进入土壤后以诸多形态存在,对植物产生活性的土壤汞形 态有两种,即:水溶交换态汞和土壤挥发的气态汞。水溶交换态汞很容易被植物 根吸收积累并输送到其它器官,土壤挥发的气态汞则是通过植物叶片的气孔进入 体内。因此阻止土壤汞向植物转移的主要途径就是减少土壤汞向这两种形态的转 化。大量研究表明,含有机质越多的土埂积昆的汞亦越多,说明增加有机质有利 于土壤对汞的吸附。前人己证实腐殖酸对汞的吸附能力远远大于土壤矿物质,具 有吸附容量大,且不易解吸的特点。因此,利用腐殖酸作为上壤汞的活化抑制剂, 应当具有田间适应性。 腐殖酸及其组份的结合汞植物有效性远较离子态ng‘低,其活性还与土埂性 质密切相关。然而,有机质对土埂汞的影响是否使水溶交换态的汞变得难于溶解 而不能被植物吸收?还是降低了上壤汞的挥发量使植物的有效汞源减少?或二 者兼有?这些问题大多数还未见报道。为了探明可作调控剂的物质对土壤汞究竟 产生什么影响,就必须采用田间试验、盆栽试验、水培试验、模拟试验等进行探 索,以期在理论和技术上为农业应用作好准备,从而在我国实现利用农业措施对 土壤汞污染的控制。 田间试验的主耍目的在于探索实际生产中调控剂对土壤汞的抑制。然而,现 在国内外利用农业措施治理上壤汞污染的研究还处于实验室阶段,在生产实践中 的应用还是空白,因此,此次田间试验是把实验室内的成果转化为生产效益的首 次尝试。本试验选择在长期受汞严重污染的蔬菜地上进行,由于菜地上壤不仅含 汞量高,且不断接受外源气汞的污染,因此设置了大棚和无大棚的处理,分别观 测大气汞和土壤汞的影响,并采用腐殖酸及其组份(胡敏酸、富里酸* 泥碳、 猪粪和饼肥等六种有机调控剂和石灰作处理,另外,以石灰作为加强剂,配施到 各有机物中,以观测各有机物和石灰以及加石灰后的有机物对土壤汞的抑制效 果。盆栽试验的目的在于验证田间试验结果中的优胜者之效果的可靠性。 土壤挥发汞的生物活性影响,是本试验的关键目标之一。一般而言,追踪物 质去向的最好方法是同位素示踪,但是,对挥发汞在开放环境中的行为研究,利 用同位素示踪法比较困难,因而难于得到植物吸收土壤挥发汞的量化指标,加之 二 目前国际上也没有现存方法可效仿。所以,为了达到目的,采取了“密闭箱中的 水培试验”设计来实现,该设计方案虽简单易行,但穴国内外仍属首创,为今后 研究土壤挥发汞的植物有效性提供了一种可供参照的试验方法。即:密闭箱中铺 上含汞的土壤,其上设置的水培环境则无汞。生长于水培中的植物,只能从土壤 挥发物中得到汞。于是,利用植物含汞量判断土壤挥发汞的生物活性,以及调控 剂的效果,达到了预期目的。该试验在盆栽试验基础上,取其中的优者再进行相 同碳量水平的腐殖酸、胡敏酸、富里酸的处理试验。 模拟试验则是探索最佳处理结果的机理。一方面研究腐殖酸对土壤汞的吸附 -解吸的热力学和动力学规律,另一方面设置三种温度历时25天以扩散吸收法研 究土壤汞?


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