地球化学所森林系统汞的生物地球化学循环研究获得新进展

 全球约30%的陆地被森林覆盖，森林在全球的物质与能量循环中扮演着举足轻重的角色。森林也是陆地生态系统最为复杂的生态系统。在全球汞的生物地球化学循环中，森林生态系统到底是全球大气汞汇还是源的争议，一直悬而未却。 

 近二十年来，全球森林系统汞的生物地球化学循环研究多以温带/寒带的森林系统为主，而亚热带常绿阔叶林详尽的汞的生物地球化学循环研究鲜有报道。而在全球尺度上，亚热带的常绿阔叶林约占全球森林面积的50%。因此探究汞在亚热带常绿阔叶林的生物地球化学循环可能是回答全球森林生态系统到底是大气汞汇还是源，这一争议话题的重要突破口。 

 近期，中科院地球化学研究所冯新斌研究员的团队在国家自然科学基金委重点基金和973项目资助下，围绕我国亚热带常绿阔叶林生态系统汞的生物地球化学循环规律开展系统研究，通过与温带/寒带森林生态系统汞的生物地球化学循环特征的对比，在以下两个方面取得了重要新认识： 

(1) 主要以云南哀牢山的常绿阔叶林为研究对象，进行了为期7年的土壤汞、3年的大气汞干湿沉降通量及2年的凋落物降解的连续监测，结合中国境内上百个常绿阔叶林的生物量数据及凋落物汞含量的数据，与近二十年来一百多个温带/寒带的森林站点汞的研究数据进行对比，发现从区域尺度讲，虽然中国背景区大气汞含量普遍高于欧美地区，但我国常绿阔叶林凋落物的汞含量并没有显著高于欧美的温带/寒带的森林系统的调落物汞含量，这可能是因为常绿阔叶林叶片的气孔导度与叶的寿命的联合作用抵消了高大气汞含量的影响；常绿阔叶林显著升高的凋落物生物量是其凋落物的汞沉降通量显著高于温带/寒带森林系统的沉降量的主因；来自于凋落物的汞沉降是大气汞进入常绿阔叶林地面的的主要方式。对凋落物的降解过程跟踪研究发现，外界环境的汞继续被固定到调落物降解残余物中，热带和亚热带森林土壤汞库显著高于温带/寒带的森林土壤汞库。这些研究结果表明，常绿阔叶林可能是一个显著的大气汞汇。本研究发表在Journal of Geophysical Research: Biogeosciences 杂志上，其全文链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JG003446/abstract。

图1. 汞在亚热带常绿阔叶林与温带/寒带森林系统的对比
 

(2) 通过分析全球186个森林站点的汞干湿沉降数据、858个森林站点的凋落物生物量的数据，结合全球树木总量及其生态群落的数据库，运用Monte Carlo 模拟方法构建了凋落物汞沉降在全球森林系统1km分辨率的通量分布情况。研究发现，全球年均汞干沉降通量高达1180±710 吨/年， 是当前通用的全球尺度GEOS-Chem模型估算结果的2倍多。从空间分布看，70%的凋落物汞沉降发生在热带与亚热带的森林生态系统。对比最新估算的全球森林土壤150 吨/年汞的排放量，显然森林系统是全球大气Hg⁰的重要汇。该研究发表在Environmental Science & Technology杂志上，其全文链接为http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.5b06351。 (冯新斌课题组供稿)

　　图2. 全球凋落物汞沉降Monte Carlo 模拟结果