森林土壤汞排放通量的现场测试

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汞是唯一在常温下呈液态的金属,因其具有较强的毒性和长距离传输的能力,近半个世纪以来,在国际上关注度日渐提升。与人为源相比,国内外针对自然源的排放特征及机理研究较少,特别是国内针对森林土壤汞排放的研究十分薄弱。本研究选取重庆铁山坪马尾松林和湖南株洲铅锌冶炼厂附近针阔混交林下的土壤开展现场原位监测,以探究在较高大气汞浓度条件下森林土壤汞排放通量的特征。应用动态通量箱与汞分析仪联用方法,于2012年9月~2014年3月间分别对两个地区森林土壤开展了4个季度的现场观测,并考察了辐射强度、空气温湿度、土壤温湿度、降雨、表层枯落物以及大气汞浓度等对土壤汞排放通量的影响。结果表明,两个地区的土壤汞排放通量均存在明显的季节差异。重庆铁山坪马尾松林土壤夏季汞排放量为35.3ng·(m2·d)-1,其他季节均较低,甚至在冬春两季土壤转为大气汞汇;而湖南株洲针阔混交林土壤春、秋和冬三季平均汞排放量为490ng·(m2·d)-1,远高于夏季排放量[13.7ng·(m2·d)-1]。差异的产生与两个地区不同季节大气汞浓度的变化趋势迥异有关,因壤中气与大气间汞浓度的梯度差是土壤排汞的重要驱动力,土壤汞排放通量同大气汞浓度呈显著的负相关。重庆马尾松林大气汞浓度仅在夏季能长时间保持在平衡点(5.61ng·m-3)以下,导致其他季节土壤汞排放通量维持在较低水平;而湖南针阔混交林的大气汞浓度在春、秋和冬三季保持在平衡点(17.3ng·m-3)以下,仅在夏季大气汞浓度升高到平衡点附近。除大气汞浓度外,辐射强度因其可激发Hg2+的光致还原反应成为影响土壤汞排放通量的另一关键因素;由于林冠降低了到达地表的辐射强度,森林土壤的汞排放通量往往低于开阔地。土壤温度和空气温度同样与汞排放通量正相关。降雨对壤中气的排挤作用和土壤湿度的增加,均会导致土壤汞排放通量上升,但空气湿度对土壤汞排放通量的影响具有一定的偶然性。表层枯落物因富含有机质,对汞的吸附能力强,能显著降低土壤的汞排放。初步估算,重庆铁山坪马尾松林土壤的汞排放量为2.65μg·(m2·a)-1,较高的大气汞浓度是该值低于较清洁地区同类森林的重要原因;湖南株洲针阔混交林土壤的汞排放量尽管高达133μg·(m2·a)-1,但受制于该地区较高的大气汞浓度,同样低于我国一些土壤含汞量更高的汞矿区。总之,我国大气汞污染较重地区的森林土壤汞排放具有不同于其他地区的显著特征,还需进一步加以研究。
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