1999年与2014年贡嘎山峨眉冷杉枝和叶中常见重金属的生物富集特征对比

经济的快速发展使得生态环境的承载力日益接近上限,而关于偏远地区森林系统的重金属污染的时间变化趋势却鲜有报道.本文测定了贡嘎山1999年与2014年采集的峨嵋冷杉枝、叶中的Pb、Hg、Cr、As、Cd、Mn、Cu、Zn与Ba.结果表明：11999年枝、叶样品中Pb、Hg、As、Cd、Mn与Cu显著高于2014年的量,而2014年枝、叶样品中Cr、Zn和Ba高于1999年的量;2枝中Pb、Hg、Cr、As、Cd、Mn、Cu、Zn和Ba与生长龄无统一的变化趋势,而在叶中的含量随着生长龄的增加有增加的趋势;3Hg易在叶中富集,而其它元素更易在枝中富集;通过在主成分分析的基础上进行多元线性回归判断常见重金属元素的来源,枝、叶中的Pb、Cr、As、Cd、Cu、Zn和Ba有42.3%~92.2%的含量来自于土壤,而枝、叶中的Hg有70.6%的含量来自于大气.这说明Hg存在与其他重金属在森林系统不同的累积机制.     

全球主要森林系统中植被汞分布特征及其影响因素

基于过去20a全球森林植被中汞循环过程的相关研究,本文通过荟萃分析法阐明全球主要森林类型中植被汞分布特征及其影响因素.结果表明,汞在植被中浓度排序特征(以中值计)依次为凋落物(38.9ng/g )>叶片(24.1ng/g)>树根(18.5ng/g)>树皮(13.2ng/g)>树枝(12.0ng/g)>树干(3.1ng/g).其中,凋落物与叶片汞浓度具有极显著相关性(rho=0.747,P<0.01,rho spearman相关系数,且与样本数量N有关,下同);叶片与树干具有显著相关性 (rho=0.265,P<0.05);而其余组织间无相关性(P>0.05).上述的相关性主要受控于植被叶片吸收大气零价汞,从叶片由上而下传输到树木木质部的过程.其次,常绿阔叶林的叶片汞浓度(中值:56.0ng/g,下同)高于针叶林(25.5ng/g)、阔叶落叶林(23.0ng/g)和红树林(18.6ng/g).这是由于在气孔导度、气孔数量、叶面积与叶寿命等因素综合影响下,常绿阔叶林叶片汞富集的能力最强.地区间植被汞浓度差异明显(如叶片汞浓度变化区间:0.90~225ng/g),其最主要原因是地区间植被类型与大气汞浓度差异引起的.本研究为进一步量化全球森林植被汞储库与认识全球森林系统汞循环提供了重要的基础数据与基本认识.     

乌鲁木齐树木叶片汞浓度时空特征及环境意义

城市大气环境由于受人为活动影响,具有较高大气汞浓度和时空分布不均一特征。植被叶片虽具有较强富集大气汞的能力,但能否指示城市大气汞时空变化,目前尚有存疑。本文通过连续监测新疆乌鲁木齐市区内6个采样点5种常见树种叶片,在生长季（2019年5～10月）内的汞浓度,分析树叶汞浓度的时空分布变化特征,进而寻找潜在的最优树种叶片,反演乌鲁木齐大气汞污染程度。结果表明,城市内的局地污染能够显著提高叶片汞浓度;树种叶片对大气汞浓度的敏感性存在明显差异（P<0.01）;落叶阔叶树的叶汞浓度与叶片生长时间呈显著正相关关系（P<0.01）,即叶片在整个生长期不断积累大气汞;而针叶汞浓度一年之内与生长时间无显著关系。考虑到圆冠榆叶片对大气汞浓度敏感性较高且分布范围更广,圆冠榆作为乌鲁木齐城市大气汞的生物监测器较为合适。本研究为研究城市大气汞浓度生物监测提供了典型的案例与借鉴。     

青藏高原中汞的分布特征及影响因素——以典型海洋性冰川小流域为例

本研究以青藏高原典型海洋性冰川的雪冰-径流水为研究对象,分析讨论了雪冰-径流水中汞浓度变化趋势及控制因素.结果表明,贡嘎山冰川中雪、冰样品的THg浓度略高于全球背景值,而明永冰川以及米堆冰川的雪、冰、水样品均处于全球背景水平.3个冰川所有雪样、冰样、水样的THg浓度平均值分别为（4.78±5.99）ng/L、（1.72 ±1.15）ng/L、（1.31±0.91）ng/L.不同的环境介质中THg浓度变化总体表现为：雪 > 冰 > 水,其主要受颗粒汞沉淀作用及气态单质Hg挥发作用的控制.贡嘎山的径流水中THg浓度表现为六月最高（7.48±2.22）ng/L,十一月最低（1.39 ±0.27）ng/L.所有雪冰-径流水体系中HgP与THg存在极显著的正相关关系,雪中HgP/THg最高,其次为冰,最低为径流水.贡嘎山径流水中的HgP/THg及月均THg输出变化趋势受径流量和降雨量的影响.主成分分析表明了本研究区域雪冰中THg浓度主要受大气颗粒物沉降及季风传输的影响.此外,相比于其他2个冰川,贡嘎山冰川由于更加靠近人类活动密集区域,更易受到人类活动的影响.     

三峡库区支流汝溪河沉积物重金属空间分布及生态风险

为了解三峡库区支流沉积物重金属空间分布、来源及生物毒害效应,选择典型入库支流汝溪河,分4个区域12个采样点采集沉积物柱状样和沿岸土壤样品,分析了Cr、 Ni、 Cu、 Mn、 Zn、 Cd、 Pb和Hg这8种重金属的空间和垂向分布特征.结果表明,沉积物中Cr、 Ni、 Cu、 Mn、 Zn、 Cd、 Pb、 Hg平均含量分别为(79.60±11.87)mg·kg~(-1)、(41.340±4.999)mg·kg~(-1)、(32.69±8.70)mg·kg~(-1)、(823.34±125.76)mg·kg~(-1)、(122.11±22.82)mg·kg~(-1)、(0.393±0.140)mg·kg~(-1)、(29.122±6.811)mg·kg~(-1)和(74.84±39.50)μg·kg~(-1), 8种重金属含量均超过长江水系沉积物背景值,空间上总体表现为受汝溪场镇生活影响河段回水区自然河段,回水区河道沿岸沉积物及土壤中重金属含量均远低于沉积物中,说明河道沿岸沉积物和土壤并不是汝溪河回水区沉积物重金属的主要污染来源.在垂向分布上,受汝溪场镇生活影响河段重金属(除Pb外)含量最大值均出现在8cm处,而自然河段和回水区重金属含量随深度的增加呈下降的趋势.除Ni外,其他几种重金属之间具有显著相关(P0.01),说明汝溪河重金属存在一定的同源性.地累积指数评价得出汝溪河整体呈现Cd和Zn的轻度至偏中度污染.生物毒性效应评价得出,Ni有10%～75%可能对生物造成毒害效应,Cd、 Zn、 Hg、 Cu、 Pb和Cr有10%的可能会出现生物毒害效应.综合效应系数表明汝溪河沉积物重金属的生物毒害风险为低级至中低级.     

根际土壤中汞甲基化与去甲基化作用双同位素示踪研究

根际环境特殊的理化性质可能显著促进汞(Hg)的甲基化.为证实上述假设,本研究采集了三峡库区消落带狗牙根根际土和非根际土,分别测定了根际土与非根际土中总汞(THg)和甲基汞(MeHg)含量及主要理化性质,并采用双同位素示踪法(~(199)Hg~(2+)和Me~(201)Hg)进行室内模拟培养实验,探究其Hg的甲基化与去甲基化速率.结果表明,根际土壤中的Fe~(2+)、Mn~(2+)、有机质含量、过氧化氢酶活性显著高于非根际土(p0.05),MeHg含量、细菌、真菌数极显著大于非根际土(p0.01);根际土壤中MeHg的含量与Mn~(2+)、SO_4~(2-)、有机质含量存在显著正相关性(p0.05),与过氧化氢酶活性、细菌、真菌数存在显著正相关性(p0.01);根际土壤中Hg甲基化、去甲基化速率、净甲基化潜力均显著大于非根际土(p0.05),有菌根际土的甲基化与去甲基化速率显著大于无菌根际土(p0.05).本研究证实了根际是Hg发生甲基化的一个活跃区域,其中,微生物在根际土壤中Hg的甲基化与去甲基化过程中均起着主要作用.     

长江与黄河源丰水期地表水中汞的分布特征、赋存形态及来源解析

在全球变暖的背景下,探明青藏高原地表水中汞的形态、分布和来源特征对认识高寒地区汞的生物地球化学循环过程具有重要意义.为探讨汞在高寒地区地表水中的分布特征和潜在来源,以青藏高原长江源和黄河源流域地表水为研究对象,测定丰水期地表水中总汞（THg）、颗粒态汞（PHg）和溶解态汞（DHg）的浓度,分析其空间分布特征及其影响因素,并利用PMF模型定量解析地表水中汞的来源.结果表明,长江源和黄河源流域地表水中ρ（DHg）均值分别为（2.96±1.26） ng ·L^-1和（2.47±0.83） ng ·L^-1,二者无显著差异;而长江源流域地表水中ρ（THg）［（10.69±11.14） ng ·L^-1］和ρ（PHg）［（8.46±11.41） ng ·L^-1］显著高于黄河源流域地表水中的ρ（THg）［（3.37±2.03） ng ·L^-1］和ρ（PHg）［（1.13±1.02） ng ·L^-1）］（P<0.05）.此外,考虑到较低的汞浓度水平和甲基化程度,研究区内汞的生态威胁较弱.相关性分析结果显示,长江源流域地表水中汞以PHg为主要形态,其浓度变化主要受冰川融水输入、土壤侵蚀和降水等因素影响;DHg作为黄河源流域地表水中汞的主要形态,其分布格局主要受制于汞和溶解性有机质（DOC）的结合作用.空间分布上,河道坡降和土壤侵蚀强度的空间差异可能是导致长江源流域地表水中THg和PHg浓度随水流方向总体呈下降趋势的关键因素.PMF模型解析结果表明,长江源和黄河源区地表水中51.4%的汞来源于大气沉降,38.8%的汞来源于水流对土壤岩层或沉积物的侵蚀作用,而9.7%的汞来源于土壤径流或渗流的输入.     

亚热带高山森林土壤典型重金属的空间分布格局及其影响因素:以云南哀牢山为例

为探究微量重金属元素的分布格局与局地气候、人类活动、植被分布和土壤发育差异等影响因素的关联作用,本文以云南哀牢山迎风坡（西坡）与背风坡（东坡）850~2650 m之间的9个海拔高度的森林样地为研究对象,重点探讨了迎风坡与背风坡森林表层土壤中典型重金属海拔分布格局差异及其主控因素.结果表明,土壤中Cd、Sb、As、Cr和Pb的含量及富集因子较高;东西坡土壤层中Cd、Sb和西坡Pb的含量具有较明显的海拔分布模式,其含量随海拔升高而增加;同一海拔西坡土壤层中Cd、Sb、As和Cr的含量显著高于东坡的相关含量.相关分析和主成分分析结果显示,Cd和Sb分布格局变化主要受控于大气输入沉降与土壤有机质的强结合作用,高海拔区域存在明显的"冷捕集"效应（cold-trapping）,As和Cr的分布变化主要来源于土壤母质风化差异,而Pb的分布差异受基岩矿物风化控制.研究结果强调了大气沉降输入、降水与植被的综合效应（如"冷捕集"效应、促进冠层过滤、凋落物沉降与岩石风化等）对偏远高山土壤中微量重金属分布格局的影响作用.     

单一汞同位素示踪大气与农田作物汞的交换过程

汞是引人注目的全球性污染物,植被叶片吸收是大气汞的主要去除途径之一.然而,当前对于大气-植被叶片汞通量交换过程及吸收后的汞在植被体内的归趋等认识尚有不明确之处.本文利用单一大气汞同位素标记技术,测定了大气汞浓度为0、2、5、10 ng·m~(-3)时,C3植物水稻与C4植物玉米叶片汞交换通量的变化特征,并分析了标记的汞同位素在植被体中根-茎-叶的分布比例.结果表明:(1)水稻和玉米叶片汞的沉降通量与大气汞浓度呈显著正相关关系;(2)植物叶片汞的沉降通量有明显的昼夜变化,水稻和玉米的吸收通量白天均高于晚上;(3)玉米对大气汞的补偿点白天为0.63 ng·m~(-3),夜间为2.85 ng·m~(-3);水稻白天为1.24 ng·m~(-3),夜间为1.32 ng·m~(-3),水稻对大气汞的富集能力强于玉米,但二者的补偿点均显著低于国内大气汞浓度;(4)植被从大气吸收的汞主要集中在植物地上部,水稻叶片分布88.92%,茎中分布11.08%,而玉米叶片分布90.95%,茎中分布7.09%,根中分布1.96%.这些结果表明,农田系统的植被能富集大气中的汞,并主要贮存在叶片内部,向茎、根迁移量较少,是大气汞的重要汇.上述结论为进一步估算中国农田系统的大气汞汇与认识汞在大气-叶片-茎-根-土壤中循环提供了科学依据.     

高效稳定的单一汞同位素大气发生系统

汞在大气-植被-土壤界面间的迁移转化一直是近年来研究的热点,稳定汞同位素添加技术为这一科学问题的研究提供了新的手段,而如何产生低浓度、稳定、连续且经济可行的单一汞同位素大气(xxx Hg0)是试验研究的难点与关键。本试验旨在设计、创建微环境单一汞同位素富集大气的发生系统,该系统不仅具有低成本,可以连续产生低浓度、稳定性强、可控性高、利用效率高的同位素汞蒸气(xxx Hg0)特性,还兼有轻便灵巧、安装便捷、可移动性强和适用范围广等特点。