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九寨沟亚高山流域汞的迁移转化特征
编辑: admin 来源: 未知 时间: 2020/7/27 13:41:13

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【摘要】:汞是一种可以在大气中进行长距离传输的污染物,并通过干湿沉降沉积到表生生态系统。

森林生态系统作为连接大气和水生生态系统的景观单元,是汞生物地球化学循环最为活跃场所之一。

亚高山森林作为一类典型的森林生态系统,当前对其在全球大气汞循环过程中的角色认识还不清楚。 为了更好地了解亚高山生态系统中的汞循环动态,研究汞在亚高山森林生态系统中的输入、迁移和转化过程成为关键环节。 本文以森林生态系统水文过程为轴线,运用森林水文的研究手段,观测九寨沟亚高山森林林冠穿透雨、树干茎流、森林地面渗滤液、土壤渗滤液、溪流、凋落物中的总汞和甲基汞的时空变化。 通过水化学特征分析,结合空间降水实时观测数据,研究亚高山森林汞的迁移转化特征及影响因子,为区域或全球汞循环研究和模拟提供科学基础。

主要的研究结果如下:(1)九寨沟亚高山森林生态系统自然降雨THg和MeHg平均浓度分别为±·L~(-1)和±·L~(-1)。 林冠穿透雨THg(±·L~(-1))和MeHg(±·L~(-1))浓度均高于自然降雨。 树干茎流THg(±·L~(-1))和MeHg(±·L~(-1))浓度均显著高于林冠穿透雨()。

森林凋落物THg和MeHg平均浓度分别为±·g~(-1)和±·g~(-1)。 大气汞沉降存在明显的季节性变化,林冠穿透雨中的THg和MeHg浓度均表现为夏季显著高于冬季(p=);树干茎流中THg浓度也表现为夏季显著高于春季(p=),MeHg浓度并未表现出明显的季节性差异。

(2)森林地面渗滤液THg(±·L~(-1))低于林冠穿透雨(±·L~(-1)),但MeHg(±·L~(-1))高于林冠穿透雨(±·L~(-1))。

土壤渗滤液THg和MeHg浓度分别为±·L~(-1)和±·L~(-1)。 相比森林地面渗滤液和土壤渗滤液,地表水(溪流)THg(±·L~(-1))和MeHg(±·L~(-1))浓度值明显下降。

季节性气候变化对土壤和地表水中汞的动态影响较小,森林地面渗滤液THg和MeHg浓度有明显的季节性变化特征(),均表现为暖季(夏、秋)冷季(冬、春)。

而土壤渗滤液和地表水中的THg浓度和MeHg浓度均没有季节性变化特征。 树干径流、林冠穿透雨、森林地面渗滤液和土壤渗滤液中MeHg浓度均与DOC呈显著正相关关系()。

(3)亚高山森林大气汞的THg沉降通量μg·m~(-2)·yr~(-1),干沉降(μg·m~(-2)·yr~(-1))的输入占绝对优势,达到%,而湿沉降(μg·m~(-2)·yr~(-1))仅贡献了%。 森林地面渗滤液和土壤渗滤液的THg输出通量分别为μg·m~(-2)·yr~(-1)和μg·m~(-2)·yr~(-1),两者之和仅占总输入通量的%;而MeHg输出通量分别为μg·m~(-2)·yr~(-1)和μg·m~(-2)·yr~(-1),两个途径的输出3倍于总MeHg输入。

(4)亚高山输入途径林外降雨MeHg/THg比值±%。 进入冠层后,不同途径中MeHg/THg比例发生改变,穿透雨(±%),树干茎流(±%),凋落物(±%)。

而输出组分中,森林地面渗滤液(±%)和土壤渗滤液(±%)中MeHg/THg的比例均高于输入途径。

(5)亚高山森林系统中MeHg与THg含量之间没有相关性(p=)。 但与DOC、NO_3~-、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)和PO_4~(3-)离子浓度均呈显著的正相关(p£),与SO_4~(2-)含量呈负相关关系(p=)。

MeHg/THg与这些化学因子的相关性和MeHg表现相似。

逐步多元回归分析显示,对MeHg水平产生实质性影响的水化学因子只有DOC、NO_3~-、Ca~(2+)和PO_4~(3-),其中,DOC的影响最大的,四个因子对于MeHg浓度变化总解释度达%。

而对MeHg/THg产生显著影响的只有DOC、NO_3~-、Ca~(2+),同样DOC的贡献最大,可解释%的MeHg/THg变化,三因子的总解释度为%。

主要结论:(1)九寨沟亚高山森林生态系统大气汞干湿沉降存在明显季节性特征,生长季节(暖季)有较大的汞沉降;森林生态系统对大气汞沉降有显著的拦截作用;亚高山森林的一些特征可能为汞的甲基化创造了一定条件,这类生态系统在汞循环过程中可能成为重要的甲基汞源区。 (2)亚高山森林生态系统大气汞干沉降对汞沉降贡献远大于湿沉降,干沉降以凋落物的输入占明显优势。

亚高山森林具有显著的汞汇作用,表现为THg的年输入通量大于输出,同时亚高山森林是流域系统的重要MeHg源。 环境中的DOC是影响和控制汞的环境行为的关键地球化学因子。

(3)亚高山森林生态系统中,森林冠层、林下有机层和土壤是汞发生形态转化的场所,附生苔藓、地衣的森林树干是产生甲基化的一个不可忽视的因素。 DOC是亚高山森林汞甲基化的最主要影响因子,因子的相对重要性依次是DOC、NO_3~-和Ca~(2+)。

【学位授予单位】:四川师范大学【学位级别】:硕士【学位授予年份】:2020【分类号】:;X143。

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