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汞(Mercury, Hg)是一种环境优先污染物,汞矿区一直是汞污染研究的热点区域之一。近年来的研究发现,汞污染地区稻米摄食已成为当地居民甲基汞暴露的主要途径。秸秆还田作为培肥地力的增产措施在全球广泛推广,而关于秸秆还田是否会因增加土壤有机质而促进稻田土壤汞的甲基化需要明确的结论,但迄今针对汞污染地区采取的“稻麦轮作”农耕方式过程中秸秆还田的安全性研究却鲜见报道。因此,为了进一步明确秸秆还田是否会增加汞暴露风险,本研究对稻麦轮作体系下秸秆还田后土壤及作物汞的累积规律进行研究显得尤为必要。 本论文以贵州省万山汞矿区的汞污染水稻土为研究对象,采用盆栽试验模拟,探究了小麦-水稻轮作情况下秸秆覆盖和混合还田两种方式下对土壤、小麦和水稻在重要生育期(出苗期、分蘖期、扬花-灌浆期、乳熟-收获期)甲基汞累积的影响。同时,利用为期60 d的室内模拟实验探究稻麦轮作体系中秸秆还田后对土壤汞影响的潜在因素,得到如下主要结论: 1)秸秆无论是采用覆盖还是混合还田方式均能促进土壤中汞的甲基化,且不同作物秸秆还田对土壤甲基汞的影响差异显著(p<0.05)。模拟实验中,水稻秸秆还入小麦田,麦田土壤甲基汞浓度水平持续增加(1.38-6.9μg/kg);小麦秸秆还入水稻田,稻田土壤甲基汞浓度短期内显著增高(10 d:18.31μg/kg;25 d:15.33μg/kg),后期稻田土壤浓度维持在2.5μg/kg左右不变,这与盆栽实验规律相一致。水稻秸秆还田后麦田土壤中甲基汞最高浓度(6.9μg/kg)仅为小麦秸秆还田后稻田土壤甲基汞浓度(18.31μg/kg)的1/3。表明不同的秸秆成分在一定条件下均能促使汞甲基化,加大汞暴露的风险,特别是土壤淹水后种植水稻。 2)作物秸秆还田后小麦、水稻植株各部位甲基汞含量呈增加趋势。秸秆覆盖方式还田后,小麦籽粒、地上部和根部甲基汞含量分别增加169%、79.2%和124.6%;水稻籽粒、地上部和根部甲基汞含量分别增加25.9%、61.7%和40.1%。秸秆混合方式还田后,小麦籽粒、地上部和根部甲基汞含量增加225.4%、119.1%和578.2%;分蘖期水稻地上部和根部甲基汞含量分别增加308.1%和498.2%,收获期水稻籽粒甲基汞含量增加19.5%。同时小麦籽粒的甲基汞含量(4.6μg/kg)远低于水稻籽粒甲基汞(17.68μg/kg)含量,表明秸秆还田后水稻对甲基汞的累积能力更强。 3)作物秸秆还田使土壤中有机质(DOC)含量增加。水稻秸秆还田后土壤中DOC浓度(+Sraw:131.8-247.6 mg/kg;+Straw-SRB:162.0-227.9 mg/kg)高于对照组(112.9-162.2 mg/kg);同样小麦秸秆还田后上浮水中DOC浓度(+Sraw:13.2-101.2 mg/L;+Straw-SRB:41.1-104.8 mg/L)也高于对照组(9.17-23.18 mg/L)。水稻秸秆还田,土壤中DOC浓度与土壤甲基汞含量呈正相关关系(r2=0.67, p<0.05)。小麦秸秆还田前期(0-25 d),硫酸盐浓度与土壤甲基汞浓度呈负相关关系(r2=0.85, p<0.001);溶解性铁浓度与土壤甲基汞浓度呈正相关关系(r2=0.91, p<0.001)。后期各因素间无明显相关性。 4)秸秆还田25d时,土壤中硫酸盐还原菌(SRB)数量显著增加。水稻秸秆还田组SRB细菌总数为997.8×103(MPN/g干土);小麦秸秆还田组SRB细菌总数为1407.2×103(MPN/g干土)远高于对照组。