典型木本植物叶片与大气汞的交换通量及其影响因素研究

The estimated mercury (Hg) emissions to the atmosphere are significantly greater than the known sinks, resulting in the mass unbalance for atmospheric Hg, and the role of forests in Hg biogeochemical cycle has attracted more and more attentions. The Hg exchange flux between foliage and the atmosphere is the foundation for understanding the role of forests in Hg cycle. However, it is not well elucidated the dynamic bi-directional exchange processes of Hg between foliages and the atmosphere, and the governing factors. This project intends to carry out the following research activities on the seedlings of two typical broadleaf trees (Populus deltoides×P. nigra cv. Chile, Ficus microcarpa var. pusillifolia,) and two coniferous trees (Pinus massoniana Lamb, Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook) in controlled chambers. 1. Observe the levels and variations of foliar Hg fluxes through a dynamic flux bag, and compare the differences of foliar Hg fluxes between the broadleaf and coniferous woody plants. 2. Analyze the influence of foliar physiological activities, environmental factors and atmospheric Hg concentrations on foliar Hg fluxes, and find out the compensation points of foliar Hg fluxes for each plant. 3. Distinguish the stomatal processes from the nonstomatal processes of foliar Hg exchange fluxes, and uncover the governing factors. The results will provide scientific support for the policy-making on the global Hg-reduction strategies based on the understanding of the role of forests in the budget of atmospheric Hg.

大气汞收支不平衡的问题使森林植被在汞循环中的重要作用日益凸现，植物叶片与大气汞(简称叶汞)的交换通量是估算其作用的基础；然而，叶汞复杂的双向交换过程及其影响因素尚未得到较好的阐明。本项目针对木本植物叶汞交换过程及其影响因素认识的不足，以典型阔叶树苗(南方常绿杨树和小叶榕)和针叶树苗(马尾松和杉木)为研究对象，拟通过动态通量袋法，在智能温室内从叶片尺度上观测叶汞交换通量的水平和变化趋势，比较阔叶树种和针叶树种叶汞交换通量的差异；分析叶片生理、环境因素和大气汞浓度对叶汞交换通量的影响，并确立每种植物叶汞交换通量的补偿点；阐明叶汞交换的气孔过程和非气孔过程及其影响因素。本项目的开展将有助于科学地认识森林植被与大气汞的交换规律及其在大气汞收支中的作用，为制定全球大气汞的减排政策提供参考。

在汞的生物地球化学循环中，对于“源”和“汇”的认识还存在许多不确定性。大气汞收支不平衡的问题使得植被在汞循环中的重要作用日益凸现，植物叶片与大气汞(简称叶汞)的交换通量是估算其作用的基础。而对于叶汞复杂的交换过程及其影响因素的研究还比较有限，基于此，本项目开展了如下研究。首先，在阅读国内外大量相关文献的基础上，综述了植被在大气汞收支中的作用，总结出植被通过凋落物沉降、生物质燃烧和植被表面与大气汞的动态交换这三种方式参与大气汞收支。然后，以茉莉花茶和黄心榕为典型代表，通过自制的通量袋(箱)，在叶片尺度，使用Tekran 2537B对其叶汞交换通量进行了观测。叶汞交换通量具有明显的日变化过程，白天较高，晚上较低，且在0:00~7:00时，通量为负。叶汞交换通量随着大气汞浓度的增加而增加。且发现在上午气孔开张最大时，通量最高。进而，通过大田开顶式熏蒸（OTC）试验，研究了低浓度大气汞对玉米叶片生理的影响。在大气汞浓度为50 ng m-3的条件下，玉米叶片净光合速率和羧化效率会显著下降，脯氨酸和MDA浓度会显著增加；表明大气汞浓度的增加会影响植物的光合作用、引起叶片脯氨酸积累和膜脂过氧化。最后，对台湾海峡西岸地区大气形态汞和降水中总汞和甲基汞的研究表明，PHg主要(46.8~71.9%)集中在PM2.5上，且城市>郊区>背景点。GEM和PHg在冬春季最高，而RGM春季最高冬季最低。大气三种形态汞均夜晚浓度较高，白天较低。厦门市降水中THg和MeHg浓度分别为12.3和0.053 ng L-1，湿沉降通量分别为14.04 µg m-2 yr-1 和 58.2 ng m-2 yr-1。燃煤和交通排放是本地区大气汞的主要人为源，降雨是本地区大气汞的重要清除方式。本项目的成果有助于科学地认识森林植被与大气汞的交换规律及其在大气汞收支中的作用，以及大气汞污染对植物生理的影响，为本地区的大气汞污染防治和制定大气汞的减排政策提供参考。