南京大学钟寰团队发现秸秆还田会大大提高稻米甲基汞的累积

来源：顶尖植物科学研究

钟寰教授团队发现，与对一般重金属的固定作用不同，秸秆还田会大大提高稻米中甲基汞的累积。

近日，南京大学环境学院钟寰教授团队在稻田汞生物地球化学领域研究取得重要进展，研究成果以“Increased methylmercury accumulation in rice after straw amendment”为题，在线发表于ACS的Environmental Science & Technology 杂志，并入选期刊封面。

秸秆还田是一项全球普遍的农艺措施，通常用于增加土壤肥力、改善土壤性质，并被认为可以降低重金属的活性，从而运用于重金属污染土壤的修复。

然而，钟寰教授团队发现，与对一般重金属的固定作用不同，秸秆还田会大大提高稻米中甲基汞的累积。甲基汞具有很强的神经毒性，可以对人体中枢神经系统和生殖系统造成不可逆转的损害。

近年来有研究表明，稻米是我国内陆居民重要的甲基汞暴露来源。因此，稻米甲基汞浓度的提高可能会导致人群甲基汞暴露风险的提升。

该研究发现，稻米甲基汞累积的增加（95%）主要归因于秸秆还田促进了土壤甲基汞的生成、水稻对甲基汞吸收、以及甲基汞在水稻体内的转运。

首先，秸秆还田后，经微生物降解而释放大量溶解性有机质，一方面可以为甲基化微生物提供碳源（如乙酸），促进了土壤中主要的汞甲基化微生物，即硫酸盐还原菌（sulfate reducingbacteria/SRB）的生长，增加了土壤的甲基化潜力（秸秆还田后甲基化基因hgcA的拷贝数增加了5.6倍）。

另一方面，促进汞由惰性的硫化汞向生物可利用性更高的有机物结合态汞转化，从而促进土壤甲基汞的生成。其次，研究发现秸秆腐解产生的有机质可以促进水稻根长的伸长和根尖数的增加，进而导致水稻对甲基汞吸收的增加。

同时，秸秆还田可促进甲基汞向间隙水中分配（分配系数Kd下降19–95%），继而提高甲基汞的溶解性：秸秆还田对水稻根系生理和甲基汞植物可利用性的改变共同导致了水稻对甲基汞吸收的上升。

最后，秸秆还田还能改变物质向稻米的转运，使得更多的物质转运至稻米中，如总氨基酸、半胱氨酸、谷氨酸、总氮和总硫等。此外，基于全国水稻主产区的调研发现，秸秆还田可以导致多种非汞污染稻田土壤甲基汞浓度上升（增幅13–1043%），其浓度甚至可达到汞矿区土壤甲基汞水平。  

稻田特殊的氧化还原条件有利于汞的甲基化，使得稻田成为汞甲基化的研究“热区”。南京大学钟寰教授团队近年来一直从事稻田汞的生物地球化学与食品安全相关研究，并在高影响力期刊，如Environmental Science & Technology以及Environmental International上发表多篇论文，在该领域具有较大影响力。

助理研究员唐雯莉为论文第一作者，钟寰教授是论文的通讯作者。该研究获得国家自然科学面上基金（41673075、U1432241）、江苏省优青（BK20160067）、NSERC基金项目的资助。

论文链接：

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acs.est.8b07145