青藏高原作为世界“第三极”，是亚洲生态安全的屏障，同时也是全球变化敏感区、受人类活动影响的脆弱区。由于青藏高原独特的地形地貌和特殊的季风环流，其腹地广泛分布的冻土区（特别是三江源区域）以及南部喜马拉雅山脉间的沟谷地带环境污染物的生物地球化学过程，引起了广泛的关注。中国科学院地球化学研究所全球变化与重金属污染相关方向的研究团队与青藏高原研究所张强弓研究员团队、西南大学王定勇教授团队开展合作，解析了喜马拉雅山脉间的沟谷中植被汞的来源、累积与再释放过程，以及三江源地区高寒冻土区土壤-植物系统中重金属的循环过程。
首先，喜马拉雅山脉间的沟谷是大气污染物从南亚传输至青藏高原的重要通道，然而受环境条件的制约，直接测定沟谷中的大气汞较为困难，大气汞是否会沿这些沟谷通道进行跨境传输尚不明晰。研究团队，选择了喜马拉雅山脉陈塘沟和亚东沟两条典型沟谷作为研究区域，测定了不同海拔梯度下苔藓、地衣、松萝、树叶和树皮等常见生物监测器的汞浓度和同位素组成，以探讨青藏高原边界沟谷通道中汞的来源与积累机理，评估了生物监测器在反演沟谷通道大气汞跨界传输中的可靠性，对复杂环境中汞的生物地球化学循环研究具有一定的指示意义。
图1 青藏高原沟谷中生物检测器汞的浓度变化及来源组成
研究表明由于形态特征、生长周期、营养吸收途径等因素的差异，以及地形和气候的复杂影响，生物监测器中的汞浓度和同位素特征未呈现出显著的海拔梯度规律。中海拔地区湿沉降的增加可能导致强烈的二次反应，使得松萝和苔藓出现极负的奇数Δ199Hg值（-0.86‰）。低海拔地区的Δ199Hg值（-0.32 至 -0.10‰）略高于高海拔地区的值，可能反映了来自南亚的人为Hg的越境运输信号，但不一致的海拔梯度说明人为汞在喜马拉雅山上的跨界运输相对较弱。基于Δ200Hg源解析模型发现，大气Hg0是树皮、树叶、苔藓和地衣中汞的主要来源，分别占88±13%、84±11%、73±17%和67±13%，而松萝中的汞主要来自大气Hg2+(61±16%)。由于大气与生物监测器间的汞交换过程存在较大差异，使用生物监测器反演沟谷通道内的人为汞的跨境传输存在较高的不确定性。
图2 生物监测器中大气Hg0和大气Hg2+来源贡献比例
其次，为探明高寒地区土壤-植物系统中重金属积累和迁移的关键驱动因素，评估全球变化下青藏高原重金属潜在生态风险。研究团队采集了青藏高原三江源地区永久冻土与季节性冻土表层土壤及植物样品，全面探究了高寒冻土区土壤-植物系统中重金属的循环过程研究。
源解析模型结果表明，三江源表层土壤中54% ~ 86%的Co、Ni、As、Zn和Pb主要来自岩石风化，54%的Cd来自凋落物归还作用。植物根系生物量的增加通过提高重金属生物有效性显著增加了其对Co、Ni、As、Cd和Pb的吸收。同时，重金属由根部到地上部的转运也随根系生物量的增加而减弱。总体而言，研究强调了气候、冻土和植被类型对于调控土壤-植物系统中重金属的积累和迁移扮演着重要角色。本研究结果对于理解高寒地区重金属的环境行为和循环机制具有重要意义，也为进一步预测全球变化下青藏高原重金属的生态风险提供了依据。
图3 青藏高原三江源区域表层土壤中微量重金属来源及在土壤-植物中累积迁移特征
上述研究成果分别发表在环境科学与地球科学研究领域期刊Environmental Science & Technology及Journal of Hazardous Materials上。该研究得到了国家自然科学基金项目（42122053，42394093）和贵州省科技计划项目（No. GZ2021SIG）的资助。论文第一作者分别为中国科学院地球化学研究所的硕士生蔡馨远、博士生刘楠涛，通讯作者为王训研究员。
论文信息1：Cai X., Yuan W., Zhang Q., Luo K., Xu Y., Zhang G., Wu F., Jia L., Sun M., Liu N., Lin C.-J., Wang X., Feng X., 2024. Quantifying Altitudinal Mercury Accumulation in Biomonitors along Himalayan Valleys Using Mercury Isotopes. Environmental Science & Technology.
论文链接1：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c10224
论文信息2：Liu N., Li X., Chen P., Yuan W., Wang D., Wang X., 2025. Climate and vegetation controlling accumulation and translocation of heavy metals in water tower regions of Qinghai-Tibet Plateau. Journal of Hazardous Materials 484, 136752.
论文链接2：https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.136752
（环境室 刘楠涛、蔡馨远/供稿）