桂西北典型亚热带森林小流域生态系统砷的源汇特征及迁移机理

As one of the largest terrestrial ecosystem, forest ecosystems play an important role in the global cycling of arsenic (As). Conventional wisdom may suggest that the forest ecosystem has been regarded as a large sink for As, and the immobilization of pollutants including As is always considered to be a significant component of forest ecological benefits. However, with the continuous accumulation of anthropogenic emissions of As in the forest, forest degradation and frequent extreme climate，the As may be released to threat the ecological safety and human health through surface runoff and groundwater. Therefore, the knowledge of potential ecological risk of the forest in vulnerable environment has significance in science. The present study select the typical subtropical forested catchment system under artificial As influences in the northwest Guangxi to study the As concentration, species and mobility in the atmospheric deposition, throughfall, litterfall, runoff, soil, base rock and other end-member systematically. Meanwhile, combined with the simulated leaching experiments of forest soils at different environmental conditions, this study will discuss the major sources, distribution and migration rules of As as well as the major influence factors in the typical subtropical forested catchment system. Additionally, the As input/output fluxes of the forested catchment system will be estimated, and then the potential ecological risk will be evaluated.

森林生态系统是陆地上最大的生态系统之一，对砷的地球化学循环起着重要的作用。传统观点认为，森林生态系统是砷的汇，其对砷等污染物的固定是森林生态效益的重要组成部分。但随着人为排放的砷在森林生态系统的不断积累以及森林退化和极端气候的频繁出现，这些砷很有可能会被释放，并通过地表径流和地下水对生态安全和人类健康造成威胁。因此，认清砷在脆弱环境下森林生态系统的潜在生态风险具有重要的科学意义。本研究选取处于人为砷严重影响下的桂西北典型亚热带森林小流域生态系统，通过对不同季节大气沉降、穿透水、凋落物、地表径流、土壤及基岩等端元砷的含量、形态以及迁移性的系统研究，结合不同环境条件下的森林土壤砷淋溶模拟实验，阐明典型亚热带森林小流域生态系统中砷的主要来源，分布特征，迁移规律及其影响因素。同时，对该森林小流域生态系统中砷的输入输出通量进行估算，并对其潜在生态风险进行评估。

森林生态系统是陆地上最大的生态系统之一，对砷的地球化学循环起着重要的作用。传统观点认为，森林生态系统是砷的汇，其对砷等污染物的固定是森林生态效益的重要组成部分。但随着人为排放的砷在森林生态系统的不断积累以及森林退化和极端气候的频繁出现，这些砷很有可能会被释放，并通过地表径流和地下水对生态安全和人类健康造成威胁。因此，认清砷在脆弱环境下森林生态系统的潜在生态风险具有重要的科学意义。..本研究选取处于人为砷严重影响下的桂西北典型亚热带森林小流域生态系统，在布设的野外样地开展了为期一年多的监测和实验样品采集，开展了室内分析测试（分析测试了总量砷、三价砷、五价砷、DMA砷、MMA砷及相应的理化性质等指标）获取了一手数据资料。对不同季节大气沉降、穿透水、下渗水、土壤等端元砷含量、形态及迁移性开展了系统研究，阐明典型亚热带森林小流域生态系统砷在各端元的含量及分布，砷主要来源，分布特征，迁移规律等，通过土壤剖面研究砷迁移规律及影响因素，综合判断生态风险。.研究结果显示，研究区森林生态系统对外源输入的大气沉降砷具有显著的拦截和减缓作用，通过森林生态系统后，毒性较强的三价砷转化为毒性较弱的五价砷，降低了其毒性；森林土壤砷同时受到地质背景和外源输入的影响，深层土壤砷主要受到土壤母质的控制，而表层土壤砷除受到来自母质的影响外还显著受到来自外源输入的影响。矿山开采和金属冶炼对土壤砷污染的影响不容忽视；研究区土壤剖面砷垂向迁移受到土壤pH、SOC、P、Mn、Fe、Al、Si、S等元素指标含量的影响，除与Si呈负相关关系外，与其他元素指标均呈正相关关系。..本项目完成了预计的工作，获取了第一手的关键数据，对于亚热带森林生态系统砷等典型重金属生态风险评估具有非常重要的意义。但是由于喀斯特地区特殊的地质背景和生态环境，重金属的迁移转化较为复杂，还有待进一步的探索研究。