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青藏高原山地森林土壤中的汞 是怎么来的?

2017/4/21 17:57:49  来源:中科院之声   作者:王训   我要投稿

与其他重金属显著不同,汞(Hg)是主要通过大气进行长距离跨国界传输的全球性污染物。随着国际环保领域最高级别法律之一的《水俣公约》的即将生效,对于汞的相关研究不再是仅仅形成科学共识,还将对政治、经济及环境外交产生深远的影响。

当前全球2/3的汞沉降均由人为源排放引起。我国自改革开放以来,经济取得了举世瞩目的成就,但逐年攀升的能源及原材料需求,使得我国成为世界上的头号汞排放大国。厘清人为源汞的排放与生态系统汞的源汇关系,成为研究我国汞污染的当务之急。

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。森林系统的汞汇作用是指,森林系统直接接受大气降雨带来的汞,或通过叶片吸收与吸附大气中的汞并以穿透雨或者凋落物沉降等方式,将大气传输而来的汞,转运累积在森林土壤中的作用过程。

近年来急剧上升的人为源汞排放不仅使得偏远森林地区汞沉降增加,造成野生动植物汞浓度超标,而且累积在土壤中的汞还可迁移到下游的水生系统,发生甲基化作用生成毒性更强的甲基汞。因而,研究森林生态系统汞的生物地球化学过程对认识全球汞的生物地球化学循环及评估生态环境的健康风险至关重要。

更为重要的是学术界一直认为森林系统的汞汇可能被远远低估了。这是因为在所有陆地生态系统中,森林生态系统特别是山地森林系统汞的生物地球化学循环过程非常复杂。而我国是一个多山地的国家,90%以上的森林均为山地森林,因而研究我国山地森林土壤汞的累积与源汇关系具有重要意义。

青藏高原平均海拔大于四千米,被称为地球上的第三极,可以说是亚洲生态环境安全屏障。虽地处偏远、人口稀少,但近三十年来,青藏高原受到人为活动的影响越来越显著。东亚/南亚快速的工业化进程加剧了青藏高原人为源汞的沉降输入。

由于山地森林系统复杂的生物、地形及气候条件,使得人们对汞在森林土壤中的累积过程缺乏系统的了解。先前山地森林系统基于通量测定的研究结果,均强调海拔升高的过程中,“冷阱”(Cold-trapping)作用使得森林大气汞的沉降主要方式从凋落物汞沉降转变为大气汞的湿沉降。高海拔地区的“冷阱”作用是指高海拔的低温环境促进降雨量的增加,使得汞的湿沉降也相应增加。

中国科学院地球化学研究所冯新斌研究员课题组近来与中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所的罗辑研究员联合攻关,以有“世界屋脊”之称的青藏高原近25个山地森林站点为研究对象,运用汞稳定同位素示踪技术,否定了先前的假设推断,重新揭示了青藏高原山地森林土壤汞的累积机制。

新的研究表明,奇数汞同位素(Δ199Hg与Δ201Hg)的非质量分馏能够识别森林凋落物与土壤汞的主要来源;在较低的海拔区域(3100-3600m),局地人为源汞排放是影响大气汞含量升高的主要原因,然而在较高的海拔区域(3700-4300m),大气汞分布主要受大气汞的长距离传输的控制。凋落物汞的沉降是山地森林土壤汞的主要来源,高海拔“冷阱”(Cold-trapping)相关的降雨与温度通过控制凋落物的生物量间接影响土壤汞的累积。

图青藏高原山地森林系统土壤汞的累积机制示意图

该研究提出了降水/温度驱动下的植被生物量控制山地森林土壤汞累积的新机制,这为进一步认识及定量化森林系统,特别是山地森林系统在全球汞生物地球化学循环的重要性提供了新的理论基础。此外,境外污染源排放汞的跨境传输对我国青藏高原的汞污染也不容忽视。

上述研究得到国家“973”项目(2013CB430003)及自然基金项目(41303014,41471416)的资助。

文章关键词:汞污染 土壤汞 汞排放

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