大气沉降对我国西南地区典型森林土壤汞排放的影响研究

In recent years, issues regarding mercury (Hg) emission have become a global concern，and the Hg emitted from natural sources may be far more than anthropogenic sources. The Hg emission from soil which is one of the main natural sources may be affect by atmospheric deposition, which has been confirmed by our previous study. In China, air pollution complex is very serious at present, with high atmospheric deposition of various components, which will be significantly changed in the near future. It is therefore very important to understand the effects of atmospheric deposition on soil Hg emission for future studies on regional or global mecurry transport. We choose a typical forest soil in southwest China for study, and establish a series of forest plots to conduct a field manipulation experiment simulating the atmospheric deposition of different components. The key factors that influence soil Hg emission will be investigated by observing the change of the soil Hg emission flux and the characteristics of soil and humus. A control experiment will also be conducted in laboratory to clarify the mechanism. This study is not only beneficial for forecasting the change of soil Hg emission induced by the change of atmospheric deposition, but also can provide scientific basis for the abatement of soil Hg emission and emission of other pollutant precursors.

近年来，汞污染已成为全球性的重大环境问题，而自然源的汞排放可能远超过人为源。土壤作为主要的自然源之一，其汞排放通量可能受大气沉降的影响，这已被前期研究所证明。我国目前面临严重的区域复合大气污染，大气沉降量高且成分复杂，长期来看沉降成分还会有较大的变化。因此，明确大气沉降对土壤汞排放的影响是进一步开展区域和全球汞循环的研究的基础。本研究选取我国西南地区的典型森林土壤，在森林中设立样地进行模拟大气不同成分沉降的控制实验，通过观测土壤汞排放通量的变化以及表层土壤和腐殖质等性质的改变，筛选出影响土壤汞排放的关键因素。针对这些因素，在实验室中进行模拟实验，阐明其影响汞排放的机理。本研究的开展，不仅有助于预测大气沉降变化所造成的土壤汞排放改变，而且能为降低土壤汞排放以及相应前体物的减排提供依据。

我国是世界上人为源汞排放最大的国家，了解我国森林在全球汞循环中的作用以及对我国汞污染现状的反应，对正确评估自然源对大气汞的贡献，以及我国人为源汞排放对全球汞污染的影响，具有十分重要的意义。本研究旨在定量描述我国南方森林生态系统汞的输入输出与迁移，分析影响汞迁移转化的关键因素。.利用动态通量箱法对重庆铁山坪和江西千烟洲森林生态站的土壤和马尾松针叶分别与大气之间的汞交换通量进行了四个季节的野外观测，并结合现场控制实验与实验室控制实验，对两类汞交换过程及机理进行了分析。结果表明，土壤全年共向大气排放汞18.6 μg•m-2•yr-1，夏季排放高而冬季低。森林土壤中汞的吸脱附是影响土壤与空气汞交换的最主要过程，温度和汞浓度梯度是影响汞交换的关键因素，而大气钙沉降可能通过增加土壤有机质含量而抑制土壤汞排放。新沉降的汞（Hg2+和Hg0）大多能被快速稳定地保留在土壤中，但也会缓慢地还原释放。马尾松针叶是大气汞的排放源，净排放量为10.9 μg•m-2•yr-1。土壤水中的汞能进入树木体内，并通过蒸腾作用到达叶面，进而被光致还原再释放进入大气。蒸腾作用向针叶传输的汞通量为19.9 μg•m-2•yr-1，约占大气汞总沉降量的44%。大气沉降到针叶表面的汞有四分之一会在叶表被直接还原返还回大气。.利用微气象学方法对千烟洲生态站和会同生态站森林林冠上方的汞通量进行了一年以上的连续观测，并对两个生态站的大气汞沉降和土壤水汞输出进行了长期动态调查。结果表明，千烟洲站和会同站林冠上方汞通量的全年均值分别为40.2 μg•m-2•yr-1和17.9 μg•m-2•yr-1。考虑到大气汞沉降的输入，千烟洲站森林全年总体上接近于汞平衡，全年汞通量为-0.92 μg•m-2•yr-1；会同站森林全年总体上表现为汞汇，全年汞通量为-7.88 μg•m-2•yr-1。会同地区虽然土壤汞含量较高，但受附近万山汞矿区较高自然源排放的影响，较高的空气汞浓度抑制了森林的汞排放，加强了森林的汞汇作用。千烟洲站和会同站森林向大气排放零价汞为森林主要的汞输出方式，分别占大气汞沉降的89%和47%。