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地化所植物在湿地汞循环中所扮演的角色研究取得新进展

2018/5/14 13:40:00  来源:中科院地化所  作者:冯新斌课题组  我要投稿

湿地作为典型的汞敏感生态系统,是甲基汞的重要产生场所。甲基汞可在食物链顶端的生物体中强烈富集,对整个生态体系的健康发展构成威胁。大型植物作为湿地生态系统的重要组成部分,在区域汞循环过程中扮演着非常重要的角色。国内外学者围绕这一科学问题开展了大量的研究工作,也取得了一系列重要的研究成果。但由于分析水平及实验手段的局限,之前的研究结论均缺乏直接的证据加以支撑,且不同研究者获得的结论存在很大的争议。湿地植物在区域汞循环过程中到底扮演了何种角色(大气汞的源或汇?),目前仍鲜为人知,这严重制约了人们对区域乃至全球大气汞生物地球化学循环的深入认识。基于此,中国科学院地球化学研究所冯新斌课题组副研究员孟博与美国佛罗里达国际大学教授YongCai合作,利用单一稳定汞同位素示踪技术成功示踪了土壤和大气中的汞在土壤-植物-大气界面间的迁移过程及最终归宿,阐明了湿地植物在区域汞生物地球化学循环中所起的作用。

主要研究结论包括:(1)明确了土壤和大气中的汞在土壤-植物-大气界面间的迁移过程及最终归宿:研究发现湿地植物根系可以快速从土壤中吸收汞进入体内,并向地上部分运移;来自土壤且被运移至植物地上部分的汞均被固定起来,并没有被重新释放到大气中,这部分汞最终以凋落物的形式重新返回至土壤中(如图)。植物叶片可以直接从大气中吸收汞进入体内,这部分汞大部分被固定在植物体内,仅有极少部分(1.6%)可通过叶片-大气界面交换过程被重新释放到大气中(如图)。(2)明确了湿地植物在区域汞生物地球化学循环中所起的作用:该研究证实湿地植物是大气汞的重要“汇”,植物体内来自大气的汞最终以凋落物的形式进入土壤。植物作为湿地土壤重要的汞输入“源”,显著增加了湿地生态系统汞的负荷,给区域生态安全构成潜在威胁。

图1植物在湿地生态系统汞循环过程中所扮演的角色

该研究可被视为一个典型案例,其研究方法可作为研究环境介质中汞迁移、转化、归宿等关键过程的理想手段被推广应用。研究成果为了解大气-植物-土壤界面汞的交换过程及机理提供了直接证据,在深入认识湿地生态系统汞的迁移转化过程、减小区域/全球大气汞循环模型的不确定性等方面,具有非常重要的理论和实际意义。

该研究工作在美国佛罗里达国际大学教授YongCai课题组完成,成果在环境刊物EnvironSciTechnol上发表:MengB*,LiYB,CuiWB,JiangP,LiuGL,WangYM,RidsJ,FengXB,CaiY*.Tracingtheuptake,transport,andfateofmercuryinsawgrass(Cladiumjamaicense)intheFloridaEvergladesusingmulti-isotopetechnique.Environ.Sci.Technol.2018,52,3384-3391。

文章关键词:甲基汞 汞循环 冯新斌

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