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西南典型亚热带森林系统凋落物中汞的动态变化特征

安思危  
【摘要】:作为一种性质特殊的重金属,汞能通过大气运动进行中长距离的迁移,散布到世界各地。即使是对于人迹罕至地区的水体中,对其中鱼的研究也有发现,其体内积累有的汞含量较多。其主要原因可能正是汞经过大气带来并沉降后,通过食物链富集所造成的。不同形态的汞中,甲基汞、乙基汞等有机态汞容易被生物吸收,会进入生物体内进行累积,对生物的神经系统有较大的破坏性。因此,汞作为一种可以随大气运动散布全球的污染物,长期以来一直受到相关学者们的高度重视。而对于这种广泛的世界性汞污染问题,陆生生态系统具有复杂的生物系统和庞大的生物群落,是重要的研究区域,而其中被认为是其中占地最大,且各生物种类以及数量最丰富区域的森林生态系统。森林生态系统在大量吸收大气干湿沉降汞的同时,也通过释放、降雨淋滤等方式向外界排出汞,因此也被认为是汞的活性库。所以森林植被-大气界面汞吸收释放的规律及机理研究,对于掌握自然界中汞循环尤为重要。近些年来,越来越多有关大气-森林植被-土壤界面汞的迁移转化规律的研究成果改善了人们对于其中问题的了解,但由于森林生态系统的复杂性,仍有许多问题有待进一步的探究,尤其是有关森林生态系统中重要组成部分的凋落物层,目前国内外并没有太多的相关研究。在进一步了解相关机理后,将更加有助于人们掌握森林系统内部汞的迁移转化的动力学和相关机理、规律。研究结果如下:(1)常绿阔叶林和针叶林的凋落物中,总汞随着凋落物分解,其质量和单位浓度均有所增加。在12个月分解后,常绿阔叶林的凋落物中的总汞平均含量增加到其原始值的125%,而针叶林凋落物中的总汞平均含量增加到原先值的120%。(2)甲基汞的变化幅度在凋落物分解中较大,树木发育到落叶期间不断吸收汞,而凋落物质量却以一个相对一致的速率下降。分段回归模型分析表明汞的累积具有季节性差异,在其停止生长的季节会出现下降但不明显,而其他季节则会出现显著增加,两种林地类型中都会出现这种情况,说明汞的累积体现了一定的季节性。(3)在整个分解过程中,甲基汞含量及浓度变化的幅度比总汞大的多,两种林分最终的甲基汞含量比起其各自的初始含量都呈现出了显著的增加趋势。其中针阔混交林甲基汞浓度分解过程中达到原始浓度的3.4倍;常绿阔叶林甲基汞浓度分解过程中达到原始浓度的2.38倍。(4)在分解前期和末期,凋落物汞的中惰性汞比例最高,这促使得汞与凋落物中其他活性态的的汞比例减少,这时其中的配合物性质稳定,汞的迁移性以及它的毒性和生态风险度也随之降低。但在分解中期,Hg-w和Hg-h含量都增加明显,其他4种汞的赋存形态(Hg-w,Hg-o,Hg-e和Hg-s)也有增高的趋势,对下游水体来说具有较高的生态风险。(5)凋落物中氮与汞之间的含量变化关系在一定程度上显示了汞的生物转化过程。即,凋落物中固氮微生物通过氮素的积累合成蛋白质,从而产生还原性硫基团影响汞的转化。在微生物吸收并固定氮素的过程中,汞通量也有显著的增加。这一点暗示了汞在凋落物中的迁移以及转化过程可能是由其中的微生物类型所影响的。


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