地化所在熱帶與亞熱帶森林汞的源匯過程研究中獲進展

　　汞（Hg）是持久性污染物，通過大氣環流長距離傳輸，在全球范圍內引發了環境健康和生態風險問題。森林生態系統占全球陸地總面積的31%，是全球生物地球化學循環最活躍的地區之一，同時是汞的自然排放清單中最大的不確定環節之一。森林地表的大氣-土壤Hg0交換是復雜的雙向過程，包括大氣Hg0的直接沉降以及森林土壤的Hg0再釋放。目前使用通量箱測量的大氣-土壤Hg0通量僅代表凈通量，無法量化單個Hg生物地球化學過程對于大氣-土壤Hg0交換過程的貢獻，制約著對森林大氣Hg0匯的評估及對全球森林模塊汞質量平衡的厘定。

　　熱帶森林具有獨特的氣候、植被和生物地球化學循環過程。熱帶雨林龐大的生物量和高聳的冠層得益于溫暖濕潤的氣候條件，同時，較高的生物多樣性和養分周轉率可能導致不同于其他森林類型的汞積累和固定。目前，熱帶雨林大氣-土壤Hg0交換數據匱乏，鮮有關于熱帶雨林大氣-土壤Hg0交換過程中各個汞生物地球化學過程的貢獻研究。

　　中國科學院地球化學研究所研究員馮新斌團隊以云南西雙版納熱帶雨林為研究對象，基于新型動態通量箱（NDFC）通量測量技術及天然汞穩定同位素技術，刻畫了從土壤剖面至自由大氣Hg0濃度的垂直分布和同位素指紋圖譜特征與Hg0生成與交換機制，量化了中國熱帶雨林大氣-土壤汞交換過程中各個汞生物地球化學過程的貢獻。研究表明：（1）西雙版納熱帶雨林大氣-土壤Hg0通量顯示季節變化規律。旱季的平均空氣-土壤Hg0通量為-4.5±2.1ng m-2h-1，雨季的平均通量為+7.4±1.2ng m-2h-1。土壤Hg的再釋放，導致再釋放的Hg0中Δ199Hg和δ202Hg發生負偏移，而大氣Hg0的直接沉降則不產生顯著的同位素分餾。（2）利用同位素質量平衡模型，估算大氣Hg0向土壤的直接沉降量為48.6±13.0μg m-2yr-1。土壤Hg0再釋放量為69.5±10.6μg m-2yr-1，其中63.0±9.3μg m-2yr-1來自表層土壤再釋放，6.5±5.0μg m-2yr-1來自土壤孔隙氣體擴散。（3）結合凋落物Hg沉降量（34μg m-2yr-1），估算熱帶森林凈Hg匯為12.6μg m-2yr-1。熱帶雨林中快速的養分循環導致了強烈的Hg0再釋放，因此大氣Hg0匯相對較弱。

　　此外，研究團隊對亞熱帶常綠闊葉林生態系統土壤孔隙氣體中Hg0、環境空氣和與土壤氣體交換的近地表空氣中的Hg0同位素特征進行刻畫，利用穩定同位素質量平衡模型揭示了大氣-土壤Hg0交換的動力學過程，研究發現：（4）哀牢山亞熱帶常綠森林2/3的Hg再排放是通過土壤孔隙Hg0氣體的擴散實現的，與熱帶雨林不同，土壤中強烈的HgII還原在雨季將Hg0釋放到孔隙氣體中，而在旱季減少，限制了Hg0再釋放。（5）通量箱測量過程中Hg0釋放引起的大氣Δ199Hg變化具有季節特征，從雨季的-0.33±0.05‰到旱季的-0.08±0.05‰。研究觀測到的季節變化是由雨季光還原引起的強烈的孔隙-氣體驅動的土壤釋放導致，旱季則顯著減弱。（6）同位素質量平衡模型表明，Hg0總沉降量為42±33μg m-2yr-1，對應的地面Hg0再釋放為50±41μg m-2yr-1，其中光還原驅動的釋放貢獻約為17±17μg m-2yr-1，有機質層的孔隙釋放貢獻約為33±25μg m-2yr-1。

　　相關研究成果發表在《環境科學與技術》（Environmental Science & Technology）上。研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會、貴州省科技計劃項目和中國博士后科學基金的支持。