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研究揭示中国西南热带森林汞富集的纬度梯度及再释放过程的同位素证据

2022-02-17 21:44     来源:双版纳热带植物园     汞同位素 同位素分析
作为一种全球性污染物,汞的生态风险受到科学界的广泛关注。汞通过人类活动及地球化学过程直接排放到大气中,然后随大气循环进行全球性扩散,并以干/湿沉降的方式沉积到陆地和水体,其中在森林界面可以被凋落物吸收或直接沉积到土壤。据估计,通过凋落物沉降进入全球陆地生态系统的大气汞含量高达每年1000-1200毫克(Mg)。其中物质交换最迅速的热带森林,贡献了占全球约50%的凋落物汞输入,但目前关于热带森林汞的生物地球化学过程的认知仍十分有限。

中国科学院西双版纳热带植物园土壤生态组与中科院地球化学研究所研究员王训等人合作,在中国西南西双版纳地区选取3块1公顷热带森林样地,研究了热带森林5m分辨率的表层土壤(0-10cm)汞的空间分布格局,以及25m分辨率的深层土壤(0-100cm)汞的空间分布格局,并同时进行了为期一年的高密度凋落物汞输入监测(每个1公顷样地布置了60个1平方米凋落筐),通过测量和分析土壤汞同位素特征分析了热带森林汞的空间分布格局和固存过程的驱动因素。

研究表明,补蚌样地(低纬度热带森林)的凋落物汞输入量最高,而表层土壤汞的固存量最小(比纳板河等高纬度的热带森林低2-3倍)。冠层树种巨大的凋落物生物量使其成为汞沉降的主要贡献者,而地形通过影响凋落物汞输入、土壤有机质分布以及表层和深层土壤间的相互作用决定了热带森林表层土壤汞分布的异质性。汞同位素证据表明,微生物还原作用是造成热带汞损失的主要原因,热带森林地表微生物对汞的生物还原作用沿纬度梯度的增加而降低,由此使地表土壤汞固持量相应增加。纳板河等高纬度热带森林中土壤中奇数非质量分馏同位素(Δ199Hg)比例的下降,说明物质周转速度的降低使汞的非生物还原比例有所增加。

该研究解析了热带森林土壤汞在不同水平尺度和垂直梯度的空间分布格局及其固持量分配特征,发现热带森林物质元素的快速周转导致大气汞净汇效应比其他森林更小,为进一步理解大尺度下森林的汞循环功能和过程提供了数据支持,有助于进一步优化汞的全球分布模型,并为汞的生物地球化学过程和驱动机制提供了理论支撑。

相关研究成果以Latitudinal Gradient for Mercury Accumulation and Isotopic Evidence for Post-depositional Processes Among Three Tropical Forests in Southwest China为题,发表在Journal of Hazardous Materials上。研究工作得到国家自然科学基金和国家自然科学基金国际(区域)合作交流项目的联合资助。中科院西双版纳热带雨林生态系统研究站为研究提供了样地海拔、气候、树种信息及野外工作的支持。

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