植被是聯(lián)結(jié)大氣圈與土壤圈的關(guān)鍵紐帶，在全球汞生物地球化學(xué)循環(huán)中扮演著舉足輕重的角色。自上世紀(jì)七十年代末以來(lái)，植被汞的生物地球化學(xué)過(guò)程研究一直是陸地生態(tài)系統(tǒng)汞循環(huán)研究的重點(diǎn)與前沿方向之一，先后經(jīng)歷了基于總汞含量分析階段、汞形態(tài)分析的研究階段與近十多年來(lái)汞同位素示蹤等新技術(shù)應(yīng)用下的快速發(fā)展階段。
(相關(guān)資料圖)
目前對(duì)于植被根的汞來(lái)源與遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的認(rèn)識(shí)十分欠缺。目前對(duì)全球森林植被根中汞庫(kù)年增加量的估算誤差很大，從2100到3200 噸/年不等。造成上述估算誤差的原因有兩方面：一是，當(dāng)前多數(shù)的研究只是簡(jiǎn)單測(cè)定淺層土壤混合根的汞含量，而事實(shí)上根系不同分級(jí)及不同土壤深度的根汞含量差異很大；二是，當(dāng)前文獻(xiàn)中根汞含量數(shù)據(jù)集的異質(zhì)性過(guò)大，且代表性不夠，主要集中在中國(guó)、北美與歐洲的溫帶與北方森林系統(tǒng)，而根生物量較大的熱帶和亞熱帶森林的數(shù)據(jù)較為匱乏。早期的研究認(rèn)為根中汞來(lái)自于土壤溶液汞，然而最近有研究認(rèn)為根中汞可能有較高比例是來(lái)自葉片吸收并轉(zhuǎn)運(yùn)的汞，并估算有高達(dá) 300 噸/年大氣Hg0貯存在根中。然而，由于植被根的儲(chǔ)庫(kù)、來(lái)源及其遷移分配機(jī)制不清，上述評(píng)估仍存在較大的不確定性。
中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所馮新斌研究員領(lǐng)導(dǎo)的汞的區(qū)域生物地球化學(xué)循環(huán)研究團(tuán)隊(duì)，以云南山哀牢山亞熱帶高山森林為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)優(yōu)勢(shì)樹種樹根剖面的汞生物地球指紋特征刻畫，運(yùn)用天然汞穩(wěn)定同位素解析了根中汞的來(lái)源及遷移。研究表明：（1）細(xì)根、中根、粗根中汞的濃度異質(zhì)性較大，其中細(xì)跟汞含量最高，汞庫(kù)主要分布在1.5米深以內(nèi)的土壤剖面；（2）根中汞主要來(lái)自于土壤溶液二價(jià)汞的吸收，地上木質(zhì)部遷移而來(lái)的汞貢獻(xiàn)較少，哀牢山森林根不是大氣汞的重要匯；（3）根吸收的汞在縱向的遷移轉(zhuǎn)運(yùn)能力很弱，基本很難傳輸?shù)降厣夏举|(zhì)部。本研究對(duì)完善森林大氣汞匯評(píng)估有重要的啟示意義。
圖1. 同位素證據(jù)證明了亞熱帶森林根系中汞主要來(lái)源于土壤
同時(shí)研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用汞同位素對(duì)青藏高原永凍土區(qū)域植被汞的來(lái)源及遷移進(jìn)行了系統(tǒng)闡釋。研究團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)：在青藏高原三江源及怒江源永凍土區(qū)植被葉片中汞的同位素特征顯著異常，完全不同于季節(jié)凍土、低海拔區(qū)域及北極苔原區(qū)域植被葉片中顯著偏負(fù)的汞odd-MIF（奇數(shù)汞同位素非質(zhì)量分餾）特征；青藏高原植被葉片汞的 odd-MIF隨著海拔升高，沿著季節(jié)性凍土至永凍土區(qū)域逐漸偏正。進(jìn)一步綜合分析發(fā)現(xiàn)：青藏高原高海拔永凍區(qū)，由于純凈的大氣環(huán)境，大氣二價(jià)汞odd-MIF特征顯著偏正于全球一般的偏遠(yuǎn)地區(qū)的特征，加之高海拔區(qū)域較低的植物生產(chǎn)力，即使少量的大氣二價(jià)汞沉降輸入也使得土壤汞的odd-MIF呈現(xiàn)正值；高海拔永凍土環(huán)境，促使植被根的生長(zhǎng)及根吸收轉(zhuǎn)運(yùn)土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力，進(jìn)而使得高海拔永凍區(qū)域植被中的汞主要來(lái)自于根對(duì)土壤汞的吸收，而不是目前在低海拔地區(qū)發(fā)現(xiàn)的植被葉片汞主要來(lái)自于大氣零價(jià)汞的吸收途徑。本研究對(duì)認(rèn)識(shí)我國(guó)青藏高原汞的生物地球化學(xué)循環(huán)有重要啟示意義，即青藏高原獨(dú)特的氣候生境能造就植被汞獨(dú)特的循環(huán)方式，簡(jiǎn)單套用低海拔區(qū)域汞循環(huán)的理論可能會(huì)對(duì)青藏高原汞生物地球化學(xué)循環(huán)評(píng)估帶來(lái)較大的誤差。
圖2. 青藏高原典型不同凍土區(qū)域汞含量及其同位素指紋特征的差異
上述研究成果分布發(fā)表在環(huán)境科學(xué)與地球科學(xué)研究領(lǐng)域期刊Environmental Science & Technology及 Communications earth & environment上。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41829701、42007307及42122053）和中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)A（XDA2004050201）的資助。
論文信息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
論文鏈接1：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.2c04217
論文信息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
論文鏈接2：https://www.nature.com/articles/s43247-022-00619-y
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