哀牢山常绿阔叶林森林小流域穿透雨、树干茎流中汞的空间异质性

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:RockyZhang111
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Hg是全球性的污染物。陆地森林生态系统在全球Hg的生物地球化学循环中扮演重要角色。基于森林小流域的Hg生物地球化学循环详细研究可以建立流域Hg质量平衡。准确获得通过湿沉降进入森林小流域的Hg通量是建立流域Hg质量平衡的关键,因此布置能代表流域真实降雨、穿透雨和树干径流Hg输入的采样点及其重要。本研究在哀牢山小流域采集不同海拔、不同优势树种的穿透雨和树干茎流以及自然降雨,通过分析THg、DOC和微量元素含量,利用统计学方法定量判定穿透雨和树干茎流中的Hg是否存在显著的海拔差异和树种差异,发现:  1)流域8月份自然降雨的THg浓度为10.1±0.6 ng L-1,10月份为4.8±3.6ng L-1,8月份降雨汞含量明显高于10月份。  2)腾冲栲、木果石栎和滇木荷8月份穿透雨THg浓度平均值为26.9±3.9 ng L-1,10月份为22.9±1.5 ng L-1。穿透雨更高的Hg浓度是因为冠层干沉降的清洗和叶片淋滤作用。哀牢山森林小流域穿透雨的富集因子高于其他森林流域。对比自然降雨和穿透雨THg浓度特征,发现哀牢山森林小流域冠层表面的干沉降量没有显著改变,但8月份和10月份大气长距离传输的轨迹存在差异,导致自然降雨Hg浓度具有显著的季节性差异。  3)树干茎流THg浓度显著偏高,变化范围较大,8月份平均值为51.9±19.06ng L-1,而10月份38.0±13.8 ng L-1。8月份树干茎流THg浓度均高于10月份,反应了树干茎流对树枝和树干淋滤清洗程度的差异。  4)流域三种树种的冠层大小、密度、冠层覆盖率以及叶片形态没有明显的树种和海拔差异,并且降雨很容易完成冠层的清洗冲刷,导致穿透雨的THg浓度没有明显的海拔差异和树种差异。而三种树种的树高、胸径、树皮特征、附生植物量和树枝倾斜等参数存在明显的树种差异和海拔差异,导致树干茎流THg浓度具有明显的海拔差异和树种差异。  5)自然降雨中的DOC浓度平均值为5.6±1.9 mg L-1,穿透雨为43.5±29.9mgL-1,穿透雨中DOC富集因子为8-10。树干茎流平均DOC浓度为105.8±44.0 mgL-1,树干茎流DOC富集因子为20。THg与DOC变化的相似性表明穿透雨中THg和DOC具有相同的来源,二者均主要来自干沉降。  6)自然降雨-穿透雨-树干茎流的THg和DOC都表现出显著正相关,Hg是通过与有机质结合迁移。Hg-DOC相关图表明滇木荷树干径流中具有更高的颗粒物组分。  7)水体Hg浓度与有机质含量密切相关,并且从自然降雨-穿透雨-树干茎流的Hg/DOC逐渐减小。这种Hg/DOC减小的趋势可能延伸到Hg渗入森林土壤,然后到流域出口的地表径流。流域水体中Hg和TOC/DOC存在正相关关系以及Hg/DOC(或TOC)比值减小的现象开始于大气Hg0氧化反应的发生,穿透雨Hg浓度的增加可能反映了DOC在结合水体中汞起了关键作用。降雨中的OM可能是还未认识到的能影响大气Hg沉降的重要因素之一。查清Hg/TOC比值反映的是排放源还是物理化学过程对控制大气Hg排放和Hg沉降具有重要参考意义。  8)穿透雨和树干茎流中DOC-Hg-Al-Mn-Fe存在相关性。穿透雨中出现Mn含量高于Al,而Fe含量最低的反常现象,Mn-DOC-Hg相互相关,而树干茎流中Fe含量则高于Mn,且DOC-Fe的相关性增强。说明Mn为生物活动性元素,冠层叶片淋滤会使穿透雨中Mn含量显著高于Fe,冠层干沉降清洗和叶片淋滤对穿透雨中Hg均有贡献,而树干茎流Hg则主要来自干沉降,且干沉降的淋滤使Fe大量进入树干茎流。  9)穿透雨中DOC和Mn也没有海拔差异和树种差异,表现出和Hg一致的空间异质性。三者相关性表明穿透雨中可能存在DOC-Hg-Mn的复合络合物。  10)根据穿透雨和树干茎流中Hg、DOC和Mn浓度的空间分布特征,穿透雨中Hg浓度没有明显的海拔差异和树种差异,而树干茎流表现出明显的树种差异和海拔差异,因此在进行采样点布置时,需在四个海拔梯度均布置不同树种的树干茎流采样点,而穿透雨只需要在同一海拔选择同一树种进行采样。
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