冰川退缩区汞的生物地球化学循环取得新进展

冰川退缩区是地球表层系统中最活跃、最富有活力的部分之一，冰川退缩区的矿物质丰富, 原生裸地植被演替迅速，土壤发育碳积累过程明显。冰川退缩区形成的植被演替序列，是研究陆地生态系统汞循环对全球气候变化响应机制的天然平台。在冰川退缩区一个狭长的局地区域往往能观察到处于不同演替年龄阶段的植被序列，考虑到退缩区基本一致的局地气候条件，在连续相邻的样地上同时开展相关研究，比较各自样地研究结果的差异性，就可获得气候变化导致植被格局改变后，汞的生物地球化学过程在时间序列上的动态变化与响应机制。  

图1.四川海螺沟冰川退缩区  

中国科学院地球化学研究所冯新斌团队联合西南大学与中国科学院·水利部成都山地灾害与环境研究所的相关团队，在传统化学计量的观测研究基础上，联合天然汞同位素与年轮技术，详尽论述了汞在海螺沟冰川退缩区累积的生物地球化学过程。相关研究成果以“Underestimated sink of atmospheric mercury in a deglaciated forest chronosequence”为题发表在环境类国际期刊《Environmental Science & Technology》。  

研究结果表明：（1）在冰川消融90-120年后，冰川退缩区大气沉降累积的汞库是冰川消融前冰中汞库的10-16倍；（2）首次报道了冰川森林穿透雨汞同位素特征，发现冠层植被吸收的大气零价汞通过有机碎屑物融入穿透水中，即大气零价汞也是穿透雨的重要来源，扩展了当前穿透雨汞主要来自于大气二价汞沉降的认识；（3）冰川退缩后的湿润环境促进了苔藓等附生植被的生长，而苔藓对大气零价汞有着显著吸收能力，进一步促使了汞在冰川退缩区的累积；（4）利用汞同位素证明了树木木质部的汞主要来自于叶片吸收大气汞并向下的传输， 因而树木年轮可作记录大气汞浓度的地球化学档案。  

图2. 降雨、树木木质部、深层土壤、岩石、地衣、地上与冠层苔藓、落叶林穿透雨 (“Throughfall_D”) 与针叶林穿透雨(“Throughfall_C”)的汞同位素特征。  

冰川退缩区的系统研究工作详细刻画了冰川退缩-植被演替过程中土壤汞的来源、累积过程。其最为突出的科学意义在于：传统的森林汞研究主要认为大气零价汞的干沉降主要的途径是树木叶片吸收大气零价汞并以凋落物的形式沉降进入森林土壤，而本研究通过汞同位素证实了穿透雨、树木木质部、附生的苔藓植被都参与了大气零价汞的干沉降。考虑到在全球尺度上每年储存在树木木质部、苔藓与地衣附生植被汞及穿透雨沉降汞可达千吨以上，因而未来在更多更大的研究范围内定量评估这些端元对森林大气汞沉降贡献的研究，可扩展我们当前对全球汞生物地球化学循环的认识。 

图3. 重新架构的冰川退缩区零价汞的生物地球化学过程。 

上述研究工作得到了中国科学院专项A(Pan-TPE, XDA2004050201)、国家自然科学基金(41977272, 41829701, 41703135, 41430754 及41771062)、中央高校基本科研业务费(SWU019037)的资助。 

文章列表 

Wang, X.*; Yuan, W.; Lin, C.-J.; Luo, J.; Wang, F.; Feng, X*.; Fu, X.; Liu, C., Underestimated sink of atmospheric mercury in a deglaciated forest chronosequence. Environ Sci Technol 2020. (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c01667)  

　　(冯新斌课题组/供稿)