有机质分解对泥炭中大气金属沉降记录的影响及历史累积通量修正

As one of the key processes in peat development, the decomposition of organic matter greatly affects the distribution and accumulation of elements in peat. Peat deposits are frequently used as environmental archives of historical atmospheric deposition of trace elements and pollutants; however, this approach assumes that the elements are not affected by organic matter decay, which results in uncertainty in estimating the atmospheric deposition rate and assessing the environmental pollution. This program will mainly analyze the sedimentation information in Motianling ombrotrophic peat bog in Great Hinggan Mountain which is a valuable outdoor laboratory for studies of atmospheric environmental changes. Firstly, the peat cores will be dated by Pb-210 and Cs-137 techniques for an age model. Secondly, we will measure the major and trace elements by ICP-AES and HG-AFS, respectively, and determine the peat humification degree and mass loss based on alkali extraction method and C/N ratios. Then, the relationship between peat decomposition and the fate of those chemical elements will be statistically evaluated by principal component analysis (PCA). At last, mass loss compensation factor (MLCF) will be proposed to normalize mass accumulation rates to the same degree of humification and to correct the atmospheric deposition rates of metals for reconstruction of the environmental pollution history over the past 150 years in Northeast China. This study would greatly improve understanding of the influence of organic matter decomposition on these elements in the peat, and would present a novel approach in accurately estimating atmospheric deposition rates of metal pollutants. The results would also reveal the variation of the influences of human activities on natural environment and be helpful in informing the decision-making process related towards sustainable development.

有机质分解是泥炭自身发育的重要过程之一，对泥炭中化学元素分布和累积有重要影响。目前利用泥炭重建大气金属沉降历史的研究很少考虑到有机质分解及质量损失对元素记录的影响，这关系到计算大气金属沉降通量和评估环境污染强度的准确性。本项目拟通过大兴安岭摩天岭雨养泥炭基本理化指标和化学元素的综合分析，结合Pb-210和Cs-137年代框架，探讨泥炭沉积特征及其所记录的近百年来元素分布与累积变化规律；采用主成分分析(PCA)等统计方法探讨有机质分解与质量损失对各元素记录的影响，揭示泥炭分解过程中元素发生迁移等变化的原因；运用质量损失补偿因子(MLCF)修正痕量元素的累积速率，准确重建区域近现代大气金属沉降历史，揭示社会发展过程中人类活动干扰对自然环境的影响。本研究将增进对泥炭档案中元素地球化学行为的理解，为污染物历史沉降通量的科学估算提供新的思路，研究结果将为我国东北地区生态安全和可持续发展提供科技支持。

雨养泥炭是一种重要的泥炭沼泽类型，具有全球广泛分布的特点，近年来常被用来进行区域环境污染和气候变化历史重建，是一种新的理想的大气金属沉降档案。东北地区是我国的泥炭资源集中分布区，包括大兴安岭、长白山、三江平原等。本项目在大兴安岭摩天岭、长白山地区凤凰山和三江平原湿地进行多次野外柱芯采样，并按1-cm或2-cm进行样品切割后带回实验室，开展了干容重、灰分、含水量、粒度、烧失量、有机碳、磁化率、碱提取液腐殖化度等基本理化指标分析。用 γ 分析方法进行年代测试，建立深度-年代转换模型。使用美国 Agilent Technologies 公司 7700x 型四极杆电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定痕量和大量化学元素含量和3种Pb稳定同位素组分。研究重建了过去200年区域环境污染历史。建立了一个确定区域痕量元素背景基线的标准方法：即样品年代需要早于1830年，且样品的206Pb/207Pb比值要接近或大于1.19。研究显示近30年来痕量污染元素富集与工业活动加剧吻合较好，并根据Pb稳定同位素组分变化，首次发现即便是在2000年我国明确禁止使用含铅汽油后，人类活动导致的Pb污染在东北地区依然存在。研究还利用弱酸两步提取以及通过过剩210Pb与非过剩210Pb比值分析，定量区分不同来源对矿养泥炭中污染物贡献。利用泥炭记录进行东北地区Hg污染通量估算，发现泥炭分解度随深度往下逐渐增强，但是与Hg含量没有显著相关关系。研究了三江平原湿地晚全新世痕量和大量化学元素分布规律，探讨其古环境意义。研究了东北泥炭沼泽发育和有机质积累变化特征，揭示净初级生产力是影响泥炭沼泽碳储量的最重要驱动力。本研究增进对泥炭档案中元素地球化学行为以及泥炭地对气候和人类活动影响的响应的理解，在区域可持续发展战略决策中起到指导和支持作用。这些研究成果为全球变化研究弥补了区域性监测数据的缺乏，也进一步丰富了环境演变研究。