汞毒性极强，可随大气进行长距离跨国界传输，极大威胁全球生态环境安全与人类健康。鉴于此，联合国于2013年达成了《关于汞的水俣公约》，该公约并于2017年生效，成为国际环境外交谈判中的最高法律性文件。在全球履约背景下，厘清生态系统中汞的源汇关系是国家履约相关政策制定与减排措施成效检验的基石。森林是全球汞循环中最为活跃、最复杂的关键生态系统。森林生态系统汞的源汇过程及其背后的生物地球化学循环机理，一直是制约全球大气汞质量平衡构建的痛难点所在。
叶片吸收大气Hg0以及随后通过凋落物的汞沉降是全球地表汞的主要来源。因此，了解陆地生态系统叶片Hg0累积机制并量化陆地生态系统叶片汞汇对全球汞循环收支至关重要。植被汞循环理论的不完善，使得当前主流的全球汞循环模型如GEOS-Chem、GRAHM、CAM-Chem还处在陆地生态系统植被仅因改变下垫面的粗糙度而影响大气Hg0的干沉降速率的假设层面。显然，这与大气Hg0被植被叶片吸收随凋落物进入地表或传递至木质部库存的生物地球化学过程是不相符合的。故而，目前几乎所有全球汞生物地球化学循环的模型均不能精准量化全球植被大气汞汇的贡献，更不能量化不同植被类型、物候、生理参数的时空动态变化对全球汞循环的影响。
探讨植被叶片的生理功能性状影响叶片Hg0吸收的过程与机理时，需回答两个重要的科学问题：1)同一森林生态系统的群落结构尺度上，处于不同生态位的植被，其叶片生理性状的变化是否会导致叶片Hg0吸收存在显著差异；2)不同水热梯度环境下，植被叶片生理功能性状的差异将如何影响叶片的Hg0吸收。基于上述的科学问题，研究以中国西南部具有特定水热条件的3种典型森林生态系统：哀牢山亚热带常绿阔叶林(低温高湿)、西双版纳热带雨林(高温高湿)和元江热带稀树灌草丛(高温低湿)为研究对象，通过量化典型优势树种叶片汞累积速率、大气Hg0浓度、气象和叶片生理的动态变化，去阐明气象因子和叶片生理性状对叶片汞累积的综合影响，最终建立一个稳健的模型来量化这一过程，并讨论了气候变化对叶片汞累积的影响。
图1. 三个研究站点的地理与环境概况
本研究的亮点结果有如下四点：
(1) 亚热带常绿阔叶林叶片Hg累积速率最高(16.4±12.3 ng m−2 day−1)，热带雨林次之(14.2±9.8 ng m−2 day−1)，热带稀树灌草丛最低(4.7±4.9 ng m−2 day−1)。
(2) 净光合速率、气孔导度和蒸腾速率是影响叶片吸收大气Hg0最为重要的生理因子，对叶片吸收大气Hg0均存在正效应。大气相对湿度具有最高的权重和载荷值(ALS: 0.87和0.88;XSBN: 0.83和−0.93;YJ: 0.99和−1.00)，是调节3个森林叶片Hg积累时空变化最为关键的气象因子。
(3) 冠层结构导致的特异性叶片生理性状驱动了叶片Hg累积的时间差异，而气候调控的叶片生理性状决定了3种森林生态系统间的空间差异。此外，文章建立了回归模型，模拟了树种和生态系统尺度下的叶片Hg累积速率。
(4) 当相对湿度从低水平上升到高水平时，3个森林生态系统的叶片Hg累积速率增加了1.4−3.8倍。相反，当大气温度从低水平升高到高水平时，西双版纳热带雨林叶片Hg累积速率减少65%，元江稀树灌草丛减少74%，而哀牢山亚热带常绿阔叶林增加35%。
本研究结果的意义体现在以下两点：
(1) 为理解气候变化对森林汞循环的影响提供了新的见解。文章推测叶片生理性状对气候变化的响应可能导致叶片汞累积的改变。大气相对湿度的增加可能会提高叶片汞累积速率。气温上升预计会减少热带森林的叶片汞累积速率，而增加亚热带森林的叶片汞累积速率。
(2) 模拟叶片汞累积的参数化方案有助于汞模型的发展。生态系统尺度模型不依赖于树种，可以纳入区域或全球汞传输和化学模型，以量化植被在吸收大气Hg0中的贡献。
上述研究成果发表在环境科学与地球科学研究领域期刊Environmental Science & Technology（《环境科学与技术》）上。该研究得到了国家自然科学基金项目（42394093和42122053）、贵州省科技计划项目（CXTD[2023]023）和贵州省2021科技专项（No.GZ2021SIG）的资助。论文第一作者为二年级博士生孙梅清，通讯作者为王训、冯新斌研究员。
图2. 偏最小二乘路径建模(PLS-PM) 解释的影响3个森林生态系统叶片吸收大气Hg0的因素:(a) 哀牢山亚热带常绿阔叶林、(b) 西双版纳热带雨林和(c) 元江热带稀树灌草丛。蓝色箭头表示正影响，红色箭头表示负影响。实线表示影响显著(*:p < 0.05;**:p < 0.01;***:p < 0.001)，虚线表示影响不显著(p > 0.05)。箭头上的数字表示标准化的路径系数(β)。括号内的数字分别代表权重和载荷值。R2表示模型解释的方差。GOF表示拟合优度。Pn: 净光合速率，gsw: 气孔导度，Tr: 蒸腾速率，VPD: 叶片饱和水汽压亏缺，WUE: 水分利用效率; Ta: 大气温度， PAR: 光合有效辐射; RH: 大气相对湿度
图3. 气候-叶片生理-大气汞浓度影响叶片汞吸收的机理简述图
论文信息: Meiqing Sun, Wei Yuan, Nantao Liu, Longyu Jia,Fei Wu, Jen-How Huang, Xun Wang, and Xinbin Feng. Combined Impacts of Climate and Tree Physiology on Mercury Accumulation in Tropical and Subtropical Foliage and Robust Model Parametrization. Environmental Science & Technology, DOI: 10.1021/acs.est.4c11071
论文链接: https://doi.org/10.1021/acs.est.4c11071
（环境室 孙梅清/供稿）