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汞及其化合物具有很强的生物毒性,自上世纪50年代日本九州水俣湾(Minamata Bay)爆发的第一次汞中毒事件以来,汞越来越被认为是重要的污染物,并且被视为环境汞污染问题为环境科学领域的研究热点问题。科学家们对自然过程向大气释汞做了大量的相关研究,发现土壤是最主要的来源之一。陆生生态系统是汞生物地球化学循环的主要场所,森林生态系统作为其中最大的生态系统,每年可以通过扩散作用向大气排放大量的汞,所以对森林生态系统的汞汇源问题研究成为重点研究内容。自上个世纪90年代就有不少专学者对温带森林生态系统汞系统循环有着较为集中的研究,但对中亚热带森林土/气界面间汞交换特征的研究还相对欠缺,尤其是针阔混交林、灌木林、草地和楠竹林这四种植被覆盖下土/气界面汞释放通量的研究和监测。因此,本文应用动力通量箱(DFC)与Lumex RA915+测汞仪联用技术,选择四种植被覆盖类型——重庆市北碚区缙云山自然保护区内针阔混交林、楠竹林、灌木林以及草地为代表性研究样地,连续1年每季度同步监测植被覆盖下土/气界面汞释放通量,同时考察各环境因子对土壤释汞的影响。 结果表明,缙云山在四种不同植被覆盖下年平均土/气界面汞释放通量分别为针阔混交林14.32±10.89 ng·m-2·h-1,灌木林16.87±13.22 ng·m-2·h-1,草地17.58±20.30 ng·m-2·h-1,楠竹林17.77±14.19 ng·m-2·h-1,均明显高于自然背景区通量值,并且不同植被覆盖下土壤汞释放通量具有明显的差异,总体表现为草地>楠竹林>灌木林>针阔混交林。四种林地土壤与大气间的汞交换通量均有呈现双向性,夜间以及冷季都出现释放量负值现象,但大体表现以土壤汞释放为主。 缙云山地区不同植被覆盖下土壤释汞通量在季节变化上呈现相似的规律性,但不同植被之间也存在明显差异,春季土壤释汞通量为针阔混交林18.63±9.84ng·m-2·h-1,灌木林20.27±12.46 ng·m-2·h-1,草地21.49±20.74 ng·m-2·h-1,楠竹林20.26±14.93 ng·m-2·h-1;夏季针阔混交林18.77±12.52 ng·m-2·h-1,灌木林24.95±15.49 ng·m-2·h-1,草地26.85±25.64 ng·m-2·h-1,楠竹林23.38±16.03 ng·m-2·h-1;秋季针阔混交林15.11±9.06 ng·m-2·h-1,灌木林17.29±8.26 ng·m-2·h-1,草地16.26±17.54 ng·m-2·h-1,楠竹林19.82±11.52 ng·m-2·h-1;冬季针阔混交林4.77±3.66ng·m-2·h-1,灌木林4.98±4.86 ng·m-2·h-1,草地5.73±5.58 ng·m-2·h-1,楠竹林7.61±7.58ng·m-2·h-1。主要体现出暖季汞释放通量高于冷季,这主要是受光照、温度、相对湿度等气象因素以及中亚热带地区森林植被生长变化规律影响所致,而植被间土壤释放量的差异主要由于植被枝叶和枯落物覆盖造成。 缙云山地区不同植被覆盖下土壤释汞通量存在明显的日变化,主要表现为日出到中午光照强度最强烈以及日落到凌晨。伴随一天日出后光照强度增加,周围环境温度(土温、气温)随之上升,汞释放通量同时随之升高,当达午间最高光照强度时,汞释放通量出现最大值;午后随光照强度的减弱,释放量缓慢降低,至凌晨时段达最低值。不同植被覆盖下释汞量日变化变异系数平均为草地(115.4%)>楠竹林(79.8%)>灌木林(78.4%)>针阔混交林(76.1%),这主要是由森林植被覆盖程度不同所造成。 不同气象因素对土/气界面汞释放通量影响也不相同,气象因素有光照强度、气温、土温和相对湿度,结果表明光照强度(R2分别为针阔混交林0.288,灌木林0.269,草地0.630,楠竹林0.463)、气温(R2分别为针阔混交林0.488,灌木林0.564,草地0.337,楠竹林0.367)和土温(R2分别为针阔混交林0.339,灌木林0.468,草地0.298,楠竹林0.344)与汞释放通量呈正相关关系,相对湿度与汞释放通量呈负相关关系(R2分别为针阔混交林0.413,灌木林0.579,草地0.463,楠竹林0.300)。通过结合主成分分析和通径分析,光照强度为季节变化和日变化的主要影响因子,并且和植被覆盖程度密切相关,其他三种气象因子主要是通过光照而对释放通量产生间接影响。 缙云山不同植被覆盖下汞释放通量在季节、日变化上均出现明显差异性,这与植被的生长周期、生长特性、枯落物结构等,以及植被覆盖后造成的不同周围环境因素密切相关。从本研究可以得出,植被覆盖面积高且枝叶茂盛的植被,其土壤汞释放通量和波动变化也相对较小,说明植被对土壤汞释放和沉降起到一定的拦截作用。