亚高山典型小流域——九寨沟支流扎如沟汞的迁移、转化及其质量平衡

Although the remote subalpine watershed is usually scarcely influenced by anthropogenic mercury (Hg), the complicated interaction among the altitude effect and different ecosystem processes might give rise to elevated atmospheric Hg deposition under certain conditions and conversely lead to the enrichment of mercury. In the past decades, significant progress has been made to Hg biogeochemical cycling in terrestrial surface ecosystem. Nonetheless, Hg biogeochemistry in the subalpine karst ecosystem and the corresponding mechanisms and their spatial-temporal pattern remain unclear. Thus, taking advantage of the unique environmental condition in the Zharugou subwatershed in Jiuzhaigou Velly National Park, we propose a series of field investigations aiming at (1) in-depth studies of the geochemical parameters determining the spatial distribution of (methyl) Hg in the karst environment, (2) elucidating the factors regulating atmospheric (methyl) Hg deposition in the subalpine environment, which furthermore enables to predict the long-term influence of atmospheric Hg deposition on remote subalpine ecosystems, (3) characterising the transport, transformation and accumulation of (methyl) Hg in the plant-soil and water-soil/ sediment system in subalpine karst ecosystems, (4) quantifying the emission of gaseous elemental Hg from soil surfaces and its relevance to Hg biogeochemical cycling in the subalpine Karst ecosystem, by not only quantifying (methyl) Hg concentrations but also ultilizing time-resolved monitoring of (methyl) Hg in different compartments of the watershed. Furthermore, we will establish the input and output budget of (methyl) Hg at the watershed scale for defining the sink or source function of the subalpine karst ecosystem using data obtained from objective (1)-(4). The information gained in this project will generate breakthrough knowledge about Hg biogeochemistry in subalpine karst ecosystems, serving as a solid knowledge base for making decisive policies to protect the UNESCO World Heritage Site and Man and Biosphere Conservation Area, Jiuzhai Valley National Park.

偏远的亚高山流域虽然远离人为汞排放的直接影响，但在海拔效应和流域生态系统复杂性的综合影响下，亚高山流域可能成为汞的重要富集带。陆地表生生态系统汞的生物地球化学循环研究取得可喜的进展，但对亚高山流域汞的迁移、转化和归趋特征及其时空变化趋势的认识尚不清楚。本项目拟选择亚高山典型小流域—九寨沟支流扎如沟为研究对象，应用长期定位观测与室内分析手段，在流域尺度上弄清大气汞沉降在流域生态系统的时空分布；研究不同时空尺度上汞迁移、转化的关键过程及影响因子，揭示流域汞循环的时空变异规律；测定大气汞沉降通量及土/水—气界面间的汞交换通量，结合大气汞沉降通量研究，探讨流域汞质量平衡，明确流域在汞循环中的源-汇贡献。本项目的实施可为亚高山环境汞的地球化学循环提供新认识，为大气汞传输的多尺度评估以及世界自然遗产地和联合国人与生物圈保护区的保护决策提供基础数据。

偏远亚高山流域生态系统被认为是大气汞的富集带，但对亚高山流域汞的迁移、转化和归趋特征及其时空变化趋势的认识尚不清楚。本项目应用长期定位观测结合室内分析，在流域尺度上研究了大气汞沉降的时空分布、迁移转化规律以及汞质量平衡。结果显示：.亚高山流域大气汞沉降以干沉降占绝对优势，干沉降贡献年汞通量的89%，湿沉降仅贡献11%。凋落物对干沉降的贡献最大，分别贡献了62.3%的总汞（THg）和和63.2%的甲基汞（MeHg）。.大气汞沉降时空特征明显，汞沉降浓度暖季（春末至初秋）的高于冷季（秋末至初春），汞沉降通量则是春季贡献最大，达到45%，冬季最少，只贡献了1%。针叶林THg干沉降浓度明显高于其它林相异。年干湿、沉降通量以针叶林最大，达到44.48 μg/m2/yr，针阔混交林最小，仅为19.56 μg/m2/yr，研究海拔范围内没有观察到所谓的“海拔效应”。.森林水文过程在生态系统汞迁移、转化过程扮演关键角色。从自然降水到林冠穿透水、凋落物、树干茎流、地表径流、地下径流各个途径，THg和MeHg都呈不同程度的增加。树干茎流MeHg水平是自然降水的近15倍，“放大”作用明显，着生树干的苔藓对这一过程发挥了实质性影响。汞的迁移行为受森林水文过程控制，经水文过程输出的MeHg是输入的3倍，成为重要MeHg源；水文过程中的DOM是影响汞迁移转化的关键地球化学因子。流域尺度上的汞质量平衡研究表明，九寨沟扎如沟森林小流域（106km2）的THg沉降年输入量3045 g，年输出量135.6g，流域净汞汇+2538g。.项目研究对汞在亚高山环境的累积、迁移转化过程取得了新的认识。一是揭示亚高山森林大气汞沉降并不遵循所谓的“海拔效应”规律；二是发现森林树干是亚高山生态系统汞甲基化的“热点”；三是揭示了森林苔藓汞富集可能的生理机制；四是揭示亚高山森林水文过程对生态系统汞循环的重要作用及影响。相关数据对于边远山地生态系统大气汞沉降的潜在影响评估，以及全球大气汞循环的多尺度评估具有重要科学价值。