中国煤炭的另一个问题: 稻米中的汞

原著 Noelle Eckley Selin  Sae Yun Kwon
翻译 Chenxiao Huang 校对 Chu Han 编辑 南上

 
 
汞通过当地工业活动和烧煤进入稻米。Credit: David Wood

汞通过当地工业活动和烧煤进入稻米。Credit: David Wood

汞污染通常与鱼类消费相关。世界许多地区的孕妇和儿童被告知,要食用含汞量低的鱼,以防止汞(尤其是有毒的甲基汞)对健康造成的不利影响,包括对神经的损害。

但在中国这个世界上最大的排放国,有些人从稻米中接触到的甲基汞比从鱼类中得到的要多。在最近的一项研究中,我们探讨了该问题的严重程度以及问题的未来发展方向。

我们发现,中国未来的碳排放轨迹会对中国水稻的甲基汞含量产生显著的影响。在煤炭使用增长以及稻米为主食的中国乃至亚洲,这个问题有着深远的影响。这个发现与世界各国执行的《水俣公约》也息息相关。该公约是保护人类健康和环境免受汞污染的全球条约。
 

为什么稻米中含汞是个问题?
 

自二十世纪初以来,中国对水稻中甲基汞的测量,是在汞矿和其他因工业活动而导致土壤中汞含量高的地区进行的,这些土壤中的汞随后被水稻吸收。然而,最近研究表明,在中国的其他地区,稻米中的甲基汞含量也有所上升。这表明,由诸如燃煤发电厂等排放源向空气中排放的汞在沉降到陆地上之后,也可能会导致稻米中含汞。

为了更好地了解甲基汞以沉淀物为媒介在水稻体内的积累过程,也就是来自空气、通过降雨或沉降到土地里的汞,我们构建了一个计算机模型来分析土壤和大气中甲基汞的相对重要性,然后预测了在不同排放情景下,未来甲基汞的浓度会发生怎样的变化。

稻米中甲基汞的浓度低于鱼类,但在中国中部地区,人们吃的稻米比吃的鱼多得多。研究表明,土壤受汞污染地区的居民消耗甲基汞比美国环保署规定的每日每公斤体重0.1微克甲基汞的参考剂量要高,这是为预防诸如智商下降等不利健康后果而制定的标准。最近的数据表明,甲基汞对神经发育的其他影响可能在低于参考剂量水平的情况下发生。然而,很少有健康研究专门就接触甲基汞对稻米消费者的影响而进行研究。

为了指出这个问题潜在的严重性,我们结合稻米生产地图,对比了一些基于汞模型得出的甲基汞预期沉积量高的中国地区。调查发现,汞沉积量高的省份同时也生产大量的稻米。中国中部的七个省份(河南、安徽、江西、湖南、贵州、重庆、湖北)贡献了中国48%的稻米生产,但同时也比中国其他省份的大气中汞的沉淀量要高两倍。

我们计算得知,2050年之前的汞沉积量会增长90%或减少60%,这取决于以后的政策与科技
 

由烧炭和其他工业活动制造的大气中的汞在鱼类中积累,但是在中国以及亚洲其他煤炭使用量在增长的国家,研究人员并没有做过足量针对于稻米的研究。 Credit: Maxim Melnikov

由烧炭和其他工业活动制造的大气中的汞在鱼类中积累,但是在中国以及亚洲其他煤炭使用量在增长的国家,研究人员并没有做过足量针对于稻米的研究。 Credit: Maxim Melnikov

建模途径

 

为了更好地理解大气中的汞是如何进入稻米中然后转化为甲基汞的,我们构建了一个模型用来模拟水稻中的汞。甲基汞是由生物活动(尤其是细菌活动)制造的。通常情况下,这种情况出现在灌溉环境里,比如说湿地和底泥。与之相似的是,水稻在生长季节会保持灌溉的状态,而由稻米根部创造的富有营养的环境既有助于细菌生长也推动了甲基汞的产生。

我们的水稻模型模拟了在不同的生态系统中汞是如何变化形态、沉积并转化为甲基汞的,包括了在水中、在土壤里以及在植物中。

在我们的模型中,汞通过沉积和灌溉进入待处理的淹水,然后在水、土壤和植物之间流动。在对模型进行初始化和校准之后,我们对从种苗到水稻收获的五个月进行了测试,并将测试结果与中国水稻中的汞含量进行了比较。我们还在不同的大气沉积和土壤汞浓度下进行了不同的模拟。

尽管简单,但我们的模型能够重现水稻甲基汞浓度在中国不同省份的变化情况。我们的模型能够准确地反映土壤汞浓度升高是如何导致水稻体内高浓度的。

但土壤不是全部问题的所在。水中的汞,即可能来自稻田的灌溉水或土壤中的水,也会影响水稻含有的汞浓度。浓度的多少取决于汞在土壤和水中不同分解过程的相对率。这表明,排放的汞变化可能会影响稻米中的汞浓度。
 

未来的汞排放可能影响稻米

 

稻米中的汞含量会如何改变未来?

我们研究了高排放的情景,即假定到2050年没有新的政策来控制汞排放;我们也研究了低排放的情景,即中国减少使用煤,而燃煤发电厂则实行了先进的汞排放控制。中国稻米中的中位甲基汞浓度在高排放情景下上升了13%,在低排放的情景下下降了18%。在严格政策控制下稻米甲基汞下降最严重的地区是中国中部,那里的稻米产量很高,而稻米是甲基汞暴露的一个重要源头。

因此,控制稻米中的汞浓度需要采取综合办法,同时解决沉积以及土壤和水的污染问题。了解当地的条件也很重要:我们的模型没有捕捉到的其他环境因素——比如土壤酸度——也会影响到对于稻米的甲基汞生产与积累。

不同的稻米生产策略也有助于控制汞浓度。例如,水稻种植中通过交替湿润和干燥周期可减少水的消耗和甲烷的排放,并且降低大米中甲基汞的浓度。

我们的设想可能低估了中国。作为《水俣公约》的缔约国之一,中国的控制措施有着潜在健康效益。在我们的假设情景中,仅包括发电产生的空气排放变化,而《公约》则控制其他部门的排放、禁止汞矿开采,并解决污染场所以及土地和水的排放问题。

减少汞排放对其他稻米生产国也有好处,但目前,采集自中国以外的数据很少。我们的研究表明,汞问题不仅仅和鱼有关,而政策上的尝试确实可以带来不同。

(英文原文最早于2018年5月3日发表在The Conversation