来源:中国科学院地球化学研究所 发布时间:2022/11/26 17:09:03
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中科院地化所对汞在植被根中的来源、迁移及循环作用研究取得进展

 

植被是联结大气圈与土壤圈的关键纽带,在全球汞生物地球化学循环中扮演着举足轻重的角色。自上世纪七十年代末以来,植被汞的生物地球化学过程研究一直是陆地生态系统汞循环研究的重点与前沿方向之一,先后经历了基于总汞含量分析阶段、汞形态分析的研究阶段与近十多年来汞同位素示踪等新技术应用下的快速发展阶段。

目前对于植被根的汞来源与迁移转化规律的认识十分欠缺。目前对全球森林植被根中汞库年增加量的估算误差很大,从2100到3200 吨/年不等。造成上述估算误差的原因有两方面:一是,当前多数的研究只是简单测定浅层土壤混合根的汞含量,而事实上根系不同分级及不同土壤深度的根汞含量差异很大;二是,当前文献中根汞含量数据集的异质性过大,且代表性不够,主要集中在中国、北美与欧洲的温带与北方森林系统,而根生物量较大的热带和亚热带森林的数据较为匮乏。早期的研究认为根中汞来自于土壤溶液汞,然而最近有研究认为根中汞可能有较高比例是来自叶片吸收并转运的汞,并估算有高达 300 吨/年大气Hg0贮存在根中。然而,由于植被根的储库、来源及其迁移分配机制不清,上述评估仍存在较大的不确定性。

中国科学院地球化学研究所冯新斌研究员领导的汞的区域生物地球化学循环研究团队,以云南山哀牢山亚热带高山森林为研究对象,通过对优势树种树根剖面的汞生物地球指纹特征刻画,运用天然汞稳定同位素解析了根中汞的来源及迁移。研究表明:(1)细根、中根、粗根中汞的浓度异质性较大,其中细跟汞含量最高,汞库主要分布在1.5米深以内的土壤剖面;(2)根中汞主要来自于土壤溶液二价汞的吸收,地上木质部迁移而来的汞贡献较少,哀牢山森林根不是大气汞的重要汇;(3)根吸收的汞在纵向的迁移转运能力很弱,基本很难传输到地上木质部。本研究对完善森林大气汞汇评估有重要的启示意义。

图1. 同位素证据证明了亚热带森林根系中汞主要来源于土壤

同时研究团队运用汞同位素对青藏高原永冻土区域植被汞的来源及迁移进行了系统阐释。研究团队首次发现:在青藏高原三江源及怒江源永冻土区植被叶片中汞的同位素特征显著异常,完全不同于季节冻土、低海拔区域及北极苔原区域植被叶片中显著偏负的汞odd-MIF(奇数汞同位素非质量分馏)特征;青藏高原植被叶片汞的 odd-MIF随着海拔升高,沿着季节性冻土至永冻土区域逐渐偏正。进一步综合分析发现:青藏高原高海拔永冻区,由于纯净的大气环境,大气二价汞odd-MIF特征显著偏正于全球一般的偏远地区的特征,加之高海拔区域较低的植物生产力,即使少量的大气二价汞沉降输入也使得土壤汞的odd-MIF呈现正值;高海拔永冻土环境,促使植被根的生长及根吸收转运土壤营养物质的能力,进而使得高海拔永冻区域植被中的汞主要来自于根对土壤汞的吸收,而不是目前在低海拔地区发现的植被叶片汞主要来自于大气零价汞的吸收途径。本研究对认识我国青藏高原汞的生物地球化学循环有重要启示意义,即青藏高原独特的气候生境能造就植被汞独特的循环方式,简单套用低海拔区域汞循环的理论可能会对青藏高原汞生物地球化学循环评估带来较大的误差。

图2. 青藏高原典型不同冻土区域汞含量及其同位素指纹特征的差异

上述研究成果分布发表在环境科学与地球科学研究领域期刊Environmental Science & Technology及 Communications earth & environment上。该研究得到了国家自然科学基金项目(41829701、42007307及42122053)和中国科学院先导专项A(XDA2004050201)的资助。

论文信息1:Wei Yuan, Xun Wang, Che-Jen Lin, Fei Wu, Kang Luo, Hui Zhang, Zhiyun Lu, and Xinbin Feng; Mercury Uptake, Accumulation, and Translocation in Roots of Subtropical Forest: Implications of Global Mercury Budget. Environmental Science & Technology 2022 56 (19), 14154-14165

论文链接1:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.2c04217

论文信息2:Wang, X., Yuan, W., Lin, CJ. et al. Root uptake dominates mercury accumulation in permafrost plants of Qinghai-Tibet Plateau. Commun Earth Environ 3, 287 (2022). https://doi.org/10.1038/s43247-022-00619-y

论文链接2:https://www.nature.com/articles/s43247-022-00619-y

 
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