稻田湿地溶解性气态汞动力学及与大气间的交换通量研究

Mercury (Hg) pollution can be global distributed via atmospheric long range transport. To protect the human health and environment from the adverse effect of Hg, the UNEP Minamata Convention has been signed by 128 countries up to now. Natural Hg emission accounts for significant part (~2/3) of the global atmospheric emission, however, high uncertainties remains in the estimation of natural emission which ranged from 1800-7800 tons/yr. A key barrier in accurate estimate the global annual Hg emission is the limited knowledge in characterize the soil-water-plant-atmosphere multiple interfaces exchange processes. In this project, we will study the redox kinetics of dissolved gaseous Hg in paddy wetlands using Hg isotope tracers. Moreover, we will continuous measure the air-water and net ecosystem Hg exchange using combined novel dynamic flux chamber and micrometeorological techniques. Based on this study, we will clear illustrate the Hg redox processes in paddy over layer water, quantify the soil and water contributions in driving the air-water exchange and update the empirical parameters used in flux models. Finally, the effect of rice growing on Hg emission can be concluded by mapping the high resolution source/sink characteristics.

汞污染可通过大气进行全球传输，为减少汞在环境中的累积和人体暴露风险，目前共有128个国家签署了旨在降低汞排放的水俣公约。自然过程汞排放是大气汞的主要来源之一，然而目前对自然源汞排放量的估算存在很大争议（1800-7800吨/年不等）。生态系统尺度土壤-水体-植物-大气多界面汞交换过程认识不足是制约汞通量估算关键因素。本研究拟对稻田湿地生态系统采用单一汞同位素示踪溶解性气态汞的动力学过程，联合新型动力学通量和微气象学方法长期观测水-气界面汞通量和生态系统尺度汞通量。弄清稻田上覆水体中汞的氧化还原过程，定量稻田土壤和上覆水体对水-气界面汞释放的贡献，更新水-气界面汞通量估算模型；厘清稻田系统不同生长阶段稻田生态系统的源汇特性及水稻作物在地表自然排汞中的作用。

汞污染可通过大气进行全球传输，自然过程汞排放是大气汞的主要来源之一，然而目前对自然源汞排放量的估算存在很大争议（1800-7800吨/年不等）。本研究选择当前自然源汞排放研究的薄弱环节，对受人为活动影响的稻田生态系统开展了实验室和野外观测结合研究，系统的研究了稻田生态系统的溶解性气态汞动力学和水-气及土-气界面汞交换通量的变化特征及控制因素。研究发现稻田湿地溶解性气态汞呈日变化特征，表现为白天较高夜间消减，辐射和温度的协同还原作用是溶解性气态汞的主要控制因子。溶解性气态汞浓度持续呈超饱和状态，高达4-40倍，表明稻田水体是大气汞的重要排放源。稻田土壤汞的释放过程主要受辐射、温度、湿度和大气汞浓度及其因子间的相互影响，太阳辐射、温度和湿度促进土壤汞的排放，而大气汞浓度能抑制土壤汞的排放。应用多因子控制条件实验，基于上述四个主要因子及其因子间的协同/抑制作用，本研究更新并建立了土壤汞的释放经验模型，极大的提高了土壤汞排放通量估算的准确度。