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【中国科学报】给水稻补硒:解开“毒地”之困
2015-04-09|文章来源:记者 倪思洁 |【
 

  在一片深受汞污染毒害的“受伤”土地上,科学家巧妙地利用了微量元素——硒,成功地使实验水稻中的汞含量接近国家标准。

  ■本报记者 倪思洁 

  “中国汞都”贵州,一块深受汞污染毒害的土地。在这片土地的中心地带,有一个至今没有逃离汞污染苦海的城市:清镇。

  早在2004年,贵州省环境科学研究设计院就为清镇“把过脉”。他们调研发现,这里受汞污染的土壤有117.4公顷,土壤中含汞量在4.71毫克/公斤至723毫克/公斤,大米含汞量在0.03毫克/公斤至0.13毫克/公斤,超过国家食品标准。

  十多年过去了,清镇地区大米汞污染的情况并没有多少好转。

  “这个地区,部分大米中的汞含量仍高出国家标准两倍。”中科院高能物理研究所副研究员李玉锋在接受《中国科学报》记者采访时说。

  过去一年里,正是在这片“受伤”的土地上,李玉锋和该所助理研究员赵甲亭、研究员高愈希等人开展了水稻补硒的现场实验,成功地使实验水稻中的汞含量逼近国家标准。日前,相关研究成果发表于国际农林学杂志《植物与土壤》,并获得国家专利。

  “利用硒来减轻汞对水稻的污染是有趣的。”一位匿名评审专家推测,很可能是由于硒固化了汞,使之形成了无毒的化合物。

  一边种地一边治理 

  耕地,对于贵州来说是稀缺资源。正因如此,常规治理汞污染土壤采用的客土法、热脱附法、化学淋洗法都显得有些奢侈。

  因此,尽管有些农田的土壤汞含量超标,水稻产量不高,仍有不少农民选择继续种,而种出来的大米必然会存在汞超标的情况。

  结合当地农田稀少的特点,科研人员希望能找到既不改变农田用途,又能有效降低汞含量的方法。

  很快,科研人员把目光投向了一种动植物生长必需的微量元素——硒。起初,实验停留在实验室阶段。2014年,赵甲亭、高愈希等人基于贵州清镇汞污染现状,通过实验室模拟水稻汞暴露剂量及条件,研究了水稻植株内的硒、汞相互作用。如今,这项实验被搬到了田间地头,他们利用当地农田开展了为期一年的水稻补硒实验。

  “给水稻补硒,一是可以通过硒和汞的作用,把土壤里的汞固定下来,阻碍汞进入植物;二是通过补硒,使汞的存在形态发生变化,让高毒性的汞在植物里变成低毒性的汞,使毒性对人体的危害减小。”高愈希告诉记者,最后,他们发现,稻米里汞的蓄积量约能减少20%。

  谨慎实验小心推广 

  尽管如今实验成果已获国家专利,但研究人员并不急着推广。

  “硒本身也有毒性。”高愈希表示,正因如此,剂量的把握至关重要,在推广和实验方面科研人员一直都采取谨慎态度。

  高愈希认为,在推广之前,还要选一块符合条件的土壤,进行中等规模的试验,准确评估硒含量、汞含量对粮食安全性的影响。

  从一开始实验,科研人员就倍加谨慎。李玉锋告诉记者,实验前,他们买了12只收纳箱用来养水稻,将它们平均分成6组,埋在稻田里,稍微比稻田的水面高出一点,在制造与稻田相似的环境的同时,将其与稻田隔离开,“每个培养箱里添加的硒的剂量不同,要防止加进去的样品溢到农田里”。

  除了将基础研究成果逐步推向应用外,科研人员还在努力探索通过补硫来降低水稻里汞的毒性,以避开硒的安全性问题,同时还在尝试通过田间水肥管理,调整田间氧化还原作用,从而改变汞在植物里的蓄积。

  “我们的总目标是通过调节硒、硫含量,配合田间管理措施,达到生态修复目的。”高愈希说。

  依托大科学装置作交叉研究 

  最近15年,高愈希和同事都在跟汞“死磕”。实际上,他们关注到硒和汞的相互作用,已经很长时间。

  “从上世纪90年代起,我们主要研究的是动物体内的硒和汞之间的相互作用。2005年开始,我们着手研究植物中硒和汞的作用。”高愈希说。

  在中科院高能所多学科研究中心副主任、研究员张智勇看来,尽管国内也有其他的机构在研究汞污染土壤生物修复法,但是相较而言,高能所有一个明显优势,即可以依托大科学工程,实现一些好想法。他告诉记者,研究工作得到了基金委和中科院的大装置联合基金的支持。

  如今,这批研究人员有一个科研“利器”——同步辐射技术。近年来,这一研究方法已经越来越多地用于重金属污染的生物农学领域。

  “依托大科学工程开展的研究越来越多,现在还发展出了一个新科研领域——分子环境科学,就是利用同步辐射从分子水平去研究污染物在环境中的迁移转化和毒性。”张智勇说。

  借助着同步辐射技术等手段,研究人员对硒降低稻米中的汞含量的机理进行了探讨,认为硒的加入降低了土壤中汞的生物可利用度,促进了根表铁膜及其他生物屏障的形成,并在米粒中形成了毒性较低的汞硒复合物。“也就是说,我们证实,补硒确实对稻米里汞的含量和形态有一定的影响。”高愈希说。

  《中国科学报》 (2015-04-07 第1版 要闻)

 

 

  

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