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森林生態系統森林植被與大氣間汞的交換過程研究取得新進展

發布時間:2019-03-05

森林生態系統是全球大氣汞(Hg)的重要彙,從全球尺度看,每年森林生態系統從大氣吸收1180噸左右的汞。但是對植被吸收的大氣汞是否存在向大氣的再釋放過程以及再釋放通量大小的認識還不清楚。通量箱(袋)傳統方法只能獲得植被與大氣間汞交換的淨通量值,無法區分植被吸收大氣汞的通量和植被向大氣排汞的通量。这严重制约了我们对森林生态系统及全球大气汞的生物地球化学循环规律的认识。中國科學院地球化学研究所冯新斌课题组,利用汞稳定同位素手段在哀牢山对典型的亚热带常绿阔叶林数种开展了植被叶片-大氣界面間氣態汞交換過程的系統研究,取得了一系列新的認識:  

(1)植物葉片吸收大氣汞過程發生顯著汞同位素質量分餾。新生葉片由于吸收大氣汞速率快,暫時保留大氣汞同位素信號,但隨葉片變老,葉片中部分汞被光致還原,重新釋放到大氣,葉片中富集了較輕的汞同位素,葉片成熟時,葉片與大氣間汞同位素質量分餾可達-3‰(圖1)。  

(2)植物葉片與大氣汞的交換過程中還發生顯著的奇數汞同位素的非質量分餾。植物葉片在吸收大氣汞過程中,保留了大氣汞奇數汞同位素非質量分餾信號。但當葉片中汞被光致還原爲氣態單質汞的過程中,會産生顯著的奇數汞同位素的非質量分餾,因此葉片中奇數汞同位素的非質量分餾值向更負的方向偏移(0.15,圖1這表明葉片汞的再釋放作用導致了葉片中奇數汞同位素非質量分餾偏負。  

(3)證實葉片與大氣汞的交換過程是雙向的,一方面葉片從大氣吸收大氣汞,另一方面葉片向大氣釋放汞。成功地利用植物葉片奇數汞同位素非質量分餾D199Hg/D201Hg比值,結合植被葉片體內汞含量變化,獲得了植物葉片不同生長階段葉片吸收大氣汞的通量及葉片表面向大氣再釋放汞的通量。我們發現,約有30%先前葉片吸收的大氣汞能夠再釋放到大氣。  

 研究結果表明,森林生態系統植被與大氣汞交換過程中産生顯著汞同位素的質量與非質量分餾,從而改變全球大氣汞同位素的比值。同時,研究表明汞同位素比值可以揭示汞的地表生物地球化學過程,成爲研究汞的生物地球化學循環演化規律的重要新手段。相關成果發表在環境科學領域期刊Environ. Sci. & Technol  

Yuan, W.; Sommar, J.*; Lin, C.-J.; Wang, X.; Li, K.; Liu, Y.; Zhang, H.; Lu, Z.; Wu, C.; Feng, X.*, Stable Isotope Evidence Shows Re-emission of Elemental Mercury Vapor Occurring after Reductive Loss from Foliage. Environ Sci Technol 2019, 53, (2), 651-660.  

該研究受到國家自然科學基金項目(41430754, 41473121, 41703134)及環境地球化學國家重點實驗室開放基金項目(SKLEG2017906)共同資助。  

    (馮新斌課題組/供稿)  

  

 

1. 哀牢山森林葉片-大氣交換過程不同端元汞同位素特征結果  

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