一种利用有机碳降低水稻中甲基汞含量的方法

摘要

本公开涉及一种利用有机碳降低水稻中甲基汞含量的方法，所述方法根据某品种水稻的有机碳混入参考质量比来确定种植土壤中需混入的有机碳的质量比；其中：所述有机碳表面有官能团，所述官能团能对土壤中的甲基汞进行吸附固定，进而减少水稻根系对甲基汞的吸收，降低水稻中甲基汞的含量；所述有机碳混入参考质量比为实际在土壤中混入有机碳与土壤的质量百分比参考值，获取所述参考值的考虑因素包括土壤样本中的甲基汞浓度、和所述土壤样本中的有机碳含量C1和所述土壤样本的pH值，所述土壤样本取自将种植水稻的土壤。

说明书

技术领域

本公开涉及环保领域，特别是一种利用有机碳降低水稻中甲基汞含量的方 法。

背景技术

土壤中重金属汞污染是当今社会面临的一个重大环境问题。根据最近一篇中 国土壤污染状况调查，中国有1.6％的土壤汞含量超过国家标准，一篇2012年 文献指出，在全国7个省份的水稻样品的调查中，有12.7％的水稻样品总汞浓 度(主要是甲基汞)超过国家标准。土壤中汞主要以无机汞形式存在，无机汞的 植物富集因子很低，主要是无机汞存在根际截留作用，累积在根部而很难运输到 地上部分。但是无机汞在厌氧条件下，会形成甲基汞，而甲基汞的毒性远高于其 他形态的汞，而且汞一旦转换成甲基汞，其植物富集因子会大幅度升高，最后可 能会被农作物富集，对人类健康产生风险(可能影响人类的中枢神经系统功能)。 中国的一些汞矿区(贵州万山，陕西旬阳等)由于一些开采、冶炼等行为，导致 重金属汞随着环境的迁移进入土壤，水体和大气中。这些矿区附近的稻田，在种 植水稻季节，因为淹水而形成厌氧环境，在硫酸盐还原菌等细菌作用下，使得无 机汞大量转化成甲基汞，从而大大提高了汞向水稻地上部分的转移系数，最后转 运到稻米中。

目前，对于重金属污染土壤的治理主要包括物理、生物和化学方法。物理 方法如改土法等，此法人力物力耗费较大，还可能会影响土壤本身的肥力，影响 作物生长。生物修复方法见效较慢，而且汞不同于其他重金属，其植物富集因子 很低，对于修复汞污染的水稻田可行性很低。其中化学方法就是利用改良剂来钝 化土壤中重金属，降低其活性。化学方法见效快，效果明显，但成本高。因此急 需寻找一种既高效、速效，经济成本又低而且对土壤理化性质和水稻生理没有负 面影响的一种改良剂来钝化矿区稻田甲基汞，降低汞矿区水稻对甲基汞的富集， 降低重金属汞通过粮食摄入而对当地居民所产生的健康风险。

发明内容

基于此，本公开提供了一种利用有机碳降低水稻中甲基汞含量的方法。

一种利用有机碳降低水稻中甲基汞含量的方法，所述方法根据某品种水稻的 有机碳混入参考质量比来确定种植土壤中需混入的有机碳的质量比；其中：

所述有机碳表面有官能团，所述官能团能对土壤中的甲基汞进行吸附固定， 进而减少水稻根系对甲基汞的吸收，降低水稻中甲基汞的含量；

所述有机碳混入参考质量比为实际在土壤中混入有机碳与土壤的质量百分 比参考值，获取所述参考值的考虑因素包括土壤样本中的甲基汞浓度、和所述土 壤样本中的有机碳含量C1和所述土壤样本的pH值，所述土壤样本取自将种植水 稻的土壤。

具体实施方式

在一个基础实施例中，提供了一种利用有机碳降低水稻中甲基汞含量的方 法，在该方法中：所述方法根据某品种水稻的有机碳混入参考质量比来确定种植 土壤中需混入的有机碳的质量比；其中：

所述有机碳表面有官能团，所述官能团能对土壤中的甲基汞进行吸附固定， 进而减少水稻根系对甲基汞的吸收，降低水稻中甲基汞的含量；

所述有机碳混入参考质量比为实际在土壤中混入有机碳与土壤的质量百分 比参考值，获取所述参考值的考虑因素包括土壤样本中的甲基汞浓度、和所述土 壤样本中的有机碳含量C1和所述土壤样本的pH值，所述土壤样本取自将种植水 稻的土壤。

在这个实施例中，基于研究发现，水稻对甲基汞的富集能力，和水稻品种也 有关系，因此针对同一品种，利用得到的有机碳混入参考质量比来评估实际种植 土壤中需混入的有机碳的质量比。由于试验一次的时间就是一个水稻的生长周 期，采用这种方式可以提高试验结果的可用性和可靠性，尽快将研究结果应用于 实际。

所述方法能够降低水稻对甲基汞的吸收富集，是因为所述有机碳表面有羧基 和酚羟基等有含氧官能团，所述官能团能够与二价汞结合，从而起到固定作用， 而甲基汞是一种二价汞。

在一个实施例中，进一步提供了所述有机碳混入参考质量比的得到方法，所 述方法包括下述步骤：

S100，测定土壤样本中的甲基汞浓度、和所述土壤样本中的有机碳含量C1 和所述土壤样本的pH值，所述土壤样本取自将种植水稻的土壤；

S200，将外加的有机碳与土壤样本配成不同的质量比的混合物，以此作为不 同质量比的试验组，并将该混合物均匀混入到将种植水稻的土壤的表层下0～20 厘米深度处；以及将不外加有机碳的土壤样本，作为空白组；

S300，对上述空白组和不同质量比试验组在水稻成熟后，测定收获稻米中的 甲基汞浓度，总汞浓度及土壤的pH值；

S400，根据S300的结果，对于将种植水稻的土壤而言，确定所述有机碳混 入参考质量比C2和需要混入的有机碳的量。

在步骤S100中，需要测定土壤中已有的有机碳含量C1，因为土壤中有机碳 对甲基汞也有一定的固定吸附作用。

在步骤S200中，需要将有机碳与土壤配成不同的质量比均匀混入到0～20 厘米处，其中20厘米是水稻的根系深度的最大值；而如果将所述方法用于其它 作物上，只需将其混入到相应作物根系的深度最大值处即可。

在一个实施例中，提供了需要混入的有机碳的制作方法，通过该制作方法生 成的有机碳是一种颗粒有机碳，具有巨大的表面积，能够更好的实现对二价汞的 吸附。所述制作方法包括下述步骤：

S201：使用农业废弃的秸秆批量集中于密封炉中，压实，以10℃/分钟的速 度升温直至600℃后并维持1个小时制成有机碳，其中：所述密封炉在缺氧条件 下使用程控升温方式升温；

S202：将S201中制成的有机碳冷却，使用粉碎机粉碎，过1mm筛。

在另一个实施例中，将所述方法用于水稻品种五丰优2168，得到该品种在 在土壤中甲基汞浓度为9.09ng/g，已有的有机碳含量C1为2.56％时，土壤中所 需混入的有机碳混入参考质量比C2至少为4％。通过测量水稻成熟后稻米的含 量为6.23ng/g。

在一个实施例中，考虑土壤中有机碳的含量，并通过研究发现，每增加1％ 的外加有机碳，相当于至少增加了土壤中已有的有机碳含量的12％。根据这点， 如果不同土壤中有机碳含量比得到有机碳混入参考比的土壤中多，那么在结合有 机碳混入参考比的情况下，可以适当减少外加有机碳的含量；而反之，则可以考 虑增加外加有机碳的含量。

在另一个实施例中，土壤本身有机碳含量2.56％，生物炭本身的有机碳含量 为43.2％，假设100g土，那么本身有机碳含量为2.56g，这时候加入1％的生物 炭，实际上等于加入了0.432g的有机碳，这时候总有机碳变成：

2.56+0.432＝2.992g

那么总有机碳比例变成：

2.992/101＝2.962％

那么实际上相当于增加土壤已有有机碳含量的2.962/2.56-1＝15.7％。

在一个具体实施例中，水稻品种为五丰优2168，土壤采用陕西旬阳汞矿区 的稻田土，经检测，土壤pH值为6.5，总汞浓度为33.24mg/kg(严重超标)，甲 基汞浓度为9.09ng/g，土壤样本中的有机碳含量C1为2.56％。土壤中所需混入的 有机碳采用下述步骤制作：

S201：使用农业废弃的秸秆批量集中于密封炉中，压实，以10℃/分钟的速 度升温直至600℃后并维持1个小时制成有机碳，其中：所述密封炉在缺氧条件 下使用程控升温方式升温；

S202：将S201中制成的有机碳冷却，使用粉碎机粉碎，过1mm筛。

试验土带回南京中山植物园(大气背景汞含量很低)。试验设计包括三个处 理组，每个组设置3个试验对象，共9盆，，每盆是2kg土。这三个实验组分别 为空白组，1％有机碳添加组，以及4％有机碳添加组。2014年6月17日插秧，每 盆种植两株水稻。在试验中，通过添加尿素CO(NH2)2来补充N肥，施用量为 275mg/kg，以N元素计算的话是128mg/kg；通过添加磷酸二氢钾KH2P04来补 充P肥和K肥，施用量为360mg/kg，若以P元素计算的话是82mg/kg，K元素 103mg/kg。10月14日收获，测量土壤及植物各组织总汞、甲基汞浓度。数据采 用Excel，Spss，Sigmaplot软件进行处理。进行相关性和显著性分析后，得到空 白组、1％有机碳组、4％有机碳组中稻米的甲基汞浓度分别为75.96ng/g、38.51 ng/g、6.23ng/g，而稻米总汞浓度分别为91.22％、53.22％、21.76ng/g。

通过所述试验，水稻的土壤pH值基本未发生变化；而所施加的化肥未明显 改变土壤酸碱度，对试验结果进行分析可以得到有机碳降低稻米中甲基汞的浓 度，主要有以下三个原因：

第一，也是最重要的原因，即有机碳的吸附作用，降低了甲基汞从土壤运输 到根的比例。

第二，和空白组比较可以得到有机碳可以降低甲基汞从根运输到地上部分的 比例，并降低甲基汞从秸秆运输到稻米的比例，即对水稻体内甲基汞转运系数产 生影响。

第三，有机碳本身可以增产，导致了稻米生物量增大，这可能存在生物稀释 作用。

但是，在这些原因中，有机碳的吸附作用是最关键的作用，是导致稻米甲基 汞浓度下降的最主要的原因，其他可以忽略。

综上所述，本公开通过试验的方式得到试验所取土壤样本需要添加的有机碳 质量比，并以此作为样本来源土壤的参考质量比，采用这种方式可以提高试验结 果的可用性和可靠性，尽快将研究结果应用于实际。

以上对本公开进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实 施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心 思想；同时，对于本领域技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用 范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。