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重金属地球化学循环团队最新研究成果——凋落物汞输入是我国西南高山森林系统汞汇的重要途径

来源: 日期:2022-01-04点击:

森林系统占全球陆地总面积的31%,是全球生物地球化学循环最活跃的地区之一。研究表明,除了大气直接降雨带来汞的湿沉降外,全球森林凋落物沉降汞的总量大约是人为汞排放总量的50-60%。同时,使用汞稳定同位素的大量研究也已证实,通过凋落物沉降的汞是森林土壤汞的主要来源。鉴于世界大面积的山地森林,了解沿凋落物汞输入及其相关影响因素将有助于深入了解全球汞循环。具体而言,山地森林中海拔、气候和植被之间的协同反馈可能导致凋落物生物量、大气汞浓度和凋落物汞沉降的差异。因此,了解沉降后凋落物中汞的动态对于解决森林地面汞的源汇特征具有重要意义。然而目前的研究对凋落物分解过程中汞的去向有不同的评估。考虑到复杂的地形、气候条件和植被类型,量化凋落物分解过程中汞的动态和主要影响因素将有助于我们了解山地森林中汞的固存过程。

为此,西南大学重金属生物地球化学循环研究团队联合中国科学院地球化学研究所环境地球化学实验室,以中国西南地区云南哀牢山迎风坡(西坡)与背风坡(东坡)海拔850m-2650m的森林区域为研究对象,全面分析了凋落物汞的沉降及分解过程,并评估了当地气候,山形地势和植被类型等环境因素的影响。相关研究成果近期以“Increase of litterfall mercury input and sequestration during decomposition with a montane elevation in Southwest China”为题发表在国际环境类top期刊《Environmental Pollution》(IF=8.071)。

研究结果表明:(1)植被、气候和地形引起树木生理因子的变化是控制不同海拔处凋落物汞浓度差异的重要原因;(2)凋落物汞沉降通量随着海拔提高而显著增加,并且同海拔处迎风坡的凋落物汞沉降通量显著大于背风坡;(3)凋落物生物量是控制凋落物汞沉降总量的主要因素,高降雨量通过增加凋落物生物量来提高凋落物汞沉降;(4)低海拔处凋落物中汞的质量发生损失,而在高海拔处实现积累;(5)凋落物分解过程中汞的动态主要受温度介导的凋落物分解速率控制,即高海拔森林的低温条件减缓了凋落物分解速率,使凋落物中的汞结合位点可继续吸收大气汞,从而使分解过程中凋落物中汞的质量持续增加。

图1.(A–C)凋落物汞浓度、凋落物生物量和凋落物汞沉降的变化;(D-F)哀牢山东西坡凋落物分解过程中降解速率k、汞浓度和汞质量的变化。

图2.不同坡向凋落物一年向土壤输入的汞量

哀牢山的研究工作阐明了沿海拔梯度的凋落物汞沉降以及凋落物分解过程中汞的额外吸收增加,这表明在哀牢山高山森林中汞积累增强。与其它研究相同的是,这种沿海拔梯度增强的汞积累被成为“山地汞诱捕效应”。在中国,海拔1000米以上的山区占陆地面积的50%以上,因此量化山地森林的汞循环对于了解中国汞的源汇关系非常重要。然而目前的区域和全球汞化学迁移模型(如CMAQ-Hg和GEOS-Chem)没有记录这种“山地汞诱捕效应”,导致中国汞质量预算存在重大不确定性。另外,由于汞积累的增加,高山森林生态系统中食物网的生态风险也没有得到很好的评估,未来的研究需要进一步量化高山地森林凋落物汞积累升高引起的区域和全球山地汞汇和环境风险。

第一作者:黎贤铭(2019级硕士生)

通讯作者:王定勇教授

通讯单位:西南大学

论文DOI10.1016/j.envpol.2021.118449

论文全文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0269749121020315

(重金属地球化学循环团队/供稿)

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