中国西南典型山地大气汞沉降的海拔效应及汞污染的源解析

China is a typical mountainous country, where mountains (in a broad sense, including plateau and hills）accounted for two-thirds of the total landmass. Hence, related study on mercury (Hg) pollution in mountain ecosystem is particularly of significance for policy makers to evaluate Hg pollution in China and make corresponding strategies. However, the mechanisms and characteristics of biogeochemical cycling of Hg on mountain ecosystems are still poor unknown. In present study, different types of samples including moss, lichen, litterfall, soil and bed-rock will be collected from two typical mountains located in SW China, in order to investigate the levels and trends of total Hg, methyl-Hg and Hg isotope compositions distribution along the altitudinal gradient. This will further help to explore the impacts of "altitude effect" on fate, transport and transformation of Hg systematically, combined with climatic, biological and other environmental factors. The Hg isotope compositions will be used for identifying Hg sources from atmospheric deposition or local (comparison with a traditional tracer method using TI element for soil compartment). It is expected that this will ultimately reveal the mechanisms and characteristics of altitudinal response of atmospheric Hg deposition for mountain ecosystems.

我国是一个典型的多山国家,广义的山地（包括高原和丘陵在内）共占全国陆地总面积的三分之二。因此，与山地系统相关的汞污染研究对于政策制定者准确认识和评估我国的汞污染问题具有重要的指导意义。然而，目前对山地生态系统汞的生物地球化学循环特征和机理的认识尚不清楚。本项目拟选取我国西南地区两个典型高海拔山地为研究区域，对不同海拔梯度下的苔藓（地衣）、凋落物、土壤及基岩等样品进行系统采集并测试所有样品类型的总汞含量、甲基汞含量以及汞同位素组成，同时结合气候、生物和其它环境因素, 综合探讨 "海拔效应"对山地环境汞的迁移、转化和归趋的影响和制约，并尝试利用汞同位素示踪手段对环境中汞的人为源（大气沉降）和自然背景贡献率进行辨别（土壤介质还将与传统地球化学"源"解析方法进行对比），最终揭示山地环境对大气汞沉降的响应机制和特征规律。

我国是一个典型的多山国家,广义的山地（包括高原和丘陵在内）共占全国陆地总面积的三分之二。因此，与山地系统相关的汞污染研究对于政策制定者准确认识和评估我国的汞污染问题具有重要的指导意义。然而，地形起伏对于汞的生物地球化学循环的影响一直没有引起科学家们的关注,目前对山地生态系统汞的生物地球化学循环特征和机理的认识尚不清楚。本项目选取我国西南地区典型高海拔山地为研究区域，对不同海拔梯度下的苔藓（地衣）、凋落物、土壤及基岩等样品进行系统采集并测试所有样品类型的总汞含量、甲基汞含量以及汞同位素组成，同时结合气候、生物和其它环境因素, 综合探讨 “海拔效应”对山地环境汞的迁移、转化和归趋的影响和制约，并尝试利用汞同位素示踪手段对环境中汞的人为源（大气沉降）和自然背景贡献率进行辨别（土壤介质还将与传统地球化学“源”解析方法进行对比），最终揭示了山地生态系统对大气汞沉降的响应机制和特征规律。 .通过本项目，我们报道了亚热带地区雷公山相应坡面不同海拔梯度位置的土壤、苔藓等样品的浓度及形态特征以及同位素组成特征，这些数据成功用于解释山地区域与地形相关的影响因素对于汞形态的命运和归趋特征。我们发现，表层土壤总汞及甲基汞浓度均具有随海拔逐渐增加而降低的趋势，而且汞的质量分馏和非质量分馏受到海拔增加的显著影响。通过利用新兴的汞同位素示踪手段结合传统地球化学惰性元素“源”解析方法，我们最终实现了对土壤环境中汞的人为源（大气沉降）和自然背景贡献率的定量解析。研究结果表明山地环境大气汞沉降随着海拔增加而逐渐升高，并成功解释了山地土壤对大气汞沉降的 “山地汞诱捕效应”（Mountain Trapping Effect of Mercury）的响应机制和特征规律。.这项研究是国际汞研究领域对山地区域大气汞沉降“海拔效应”的首次发现和报道，同时也是国际上第一次率先结合新兴的汞同位素技术和传统惰性元素示踪方法对土壤环境汞的“大气沉降”和“地质背景”贡献率成功进行源解析的对比研究案例。其创新性的研究思路和方法体系不仅丰富了传统地球化学的汞研究模式，对相关领域其它元素的生物地球化学循环的研究同样具有启示意义。 .