缙云山自然保护区森林系统土壤-大气界面的汞交换通量

摘要

自20世纪50年代日本发生水俣病事件以来，环境汞污染问题一直是环境科学领域的研究热点问题。人们发现汞因其特殊的理化性质可随大气循环形成长距离迁移，造成全球范围内的汞污染。目前对环境汞的污染来源、污染水平、迁移转化及危害等方面已有了较为全面的认识，但对污染源与汇之间定量关系的研究还较为薄弱，特别是自然源汞排放区域及其全球估算亟待加强，而掌握环境界面间汞交换特征对评估汞的自然排放具有重要作用。目前，众多学者已对沙漠、草原、水域、矿区和农田等区域的汞排放做了一些研究，也对全球自然释汞估算起到了重要参考作用。森林作为陆地上最大的生态系统，自上世纪90年代就有不少专家学者对其开展了诸多研究工作，但主要集中在温带森林生态系统，而对中亚热带森林土/气界面间汞交换特征的研究还相对欠缺，尤其是具有地区性典型林份特征的森林，其野外监测数据还非常欠缺。据此，本文应用动力通量箱(DFC)与LumexRA915+测汞仪联用技术，选择典型中亚热带森林生态系统——重庆市北碚区缙云山自然保护区为代表性研究地点，连续1年同步监测林地和裸地土/气界面的汞释放通量，同时考察各环境因子对土壤释汞的影响。
　　 结果表明，缙云山林地土壤年平均释汞通量值为16.82±6.70ng·m2·h-1，裸地土/气界面年平均释汞通量值为21.12±14.55ng·m-2·h-1，均明显高于全球自然释汞通量值(0.7-1.1ng·m-2·h-1)。
　　 缙云山林地和裸地土壤释汞通量存在明显的季节性差异，暖季林地和裸地土壤释汞通量均明显高于冷季。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，在暖季时，裸地土壤释汞通量高于林地（裸地:29.19±23.89ng·m-2·h-1＞林地:22.23±13.19ng·m-2·h-1），而在冷季则相反（裸地:4.97±5.75ng·m-2·h-1＜林地:6.01±4.05ng·m-2·h-1）。
　　 缙云山林地和裸地土壤释汞通量的日变化特征和一天中光照强度变化有密切关系。上午释汞通量随光照强度的增大而逐渐增加，至正午时分达一天中的最大值，而后随光照强度的减小而逐渐减小，至午夜时分达一天中的最小值。林地和裸地土壤释汞通量存在明显的昼夜差异，白天释汞通量显著高于夜间，夜间土/气界面汞交换偶有沉降。白天裸地土壤释汞通量高于林地，夜间则相反。这主要是受植被白天遮挡阳光减低辐射强度，以及夜间截留大气沉降汞的影响所致。
　　 当土地利用类型发生变更，林地植被遭到砍伐或破坏而变更为裸地时，林地植被所引起的抑制汞向土壤蓄积的效应将消失，大量因林地土壤特性而被吸附固定的Hg2+将通过再活化后转移到裸地土壤中，通过光致还原、热还原等作用而释放，参与全球范围内的汞循环，造成更严重的汞污染。
　　 影响土/气界面汞交换的主要因素有土壤总汞、光照强度、土温、气温、相对湿度和大气压。土壤总汞、光照强度、土温和气温与土/气界面汞交换通量成线性正相关关系，相对湿度与土/气界面汞交换通量成线性负相关关系，大气压与土/气界面汞交换通量没有明显的相关性。光照强度是土/气界面汞交换通量的最主要影响因素，其次是土温、气温、相对湿度和土壤总汞.在本文中未发现大气压对汞通量的明显影响。土温、气温和相对湿度对与土壤释汞通量之间显著的相关关系可能是光照强度与土壤释汞通量相关关系的表象。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 文献综述

1．1 汞的物理化学性质与危害

1．1．1 汞的物理化学性质

1．1．2 汞的危害

1．2 大气汞的来源、形态及迁移转化

1．2．1 大气汞的来源

1．2．2 大气汞的形态分布

1．2．3 大气汞的迁移转化

1．3 森林汞的来源、迁移和转化

1．3．1 森林土壤汞的来源、迁移和转化

1．3．2 森林植被汞的来源、迁移和转化

1．4 森林土／气界面汞通量研究

1．4．1 研究现状

1．4．2 界面汞交换研究方法

1．4．3 土／气界面汞交换影响因素

1．5 本文研究意义

第2章 引言

2．1 立题背景

2．2 研究内容

2．2．1 缙云山自然保护区森林系统土／气界面的汞交换特征

2．2．2 缙云山自然保护区森林系统土／气界面汞交换的影响因素

2．3 技术路线

第3章 材料与方法

3．1 研究区域概况

3．1．1 研究区域环境状况

3．1．2 监测点的选择

3．1．3 监测点土壤的基本理化性质

3．2 汞交换通量的测定

3．2．1 通量箱的制作

3．2．2 空白测定

3．2．3 土／气界面汞释放通量的测定

3．3 分析测定方法

3．3．1 样品汞含量的测定

3．3．2 其他参数的测定

第4章 森林土／气界面的汞交换特征

4．1 森林土／气界面汞交换的水平

4．1．1 林地土／气界面汞交换的水平

4．1．2 裸地土／气界面汞交换的水平

4．2 森林土／气界面汞交换的时间变化特征

4．2．1 林地土／气界面汞交换的时间变化特征

4．2．2 裸地土／气界面汞交换的时间变化特征

4．3 林地、裸地土／气界面汞交换通量的比较

4．3．1 林地、裸地土／气界面汞交换通量季节变化对比

4．3．2 林地、裸地土／气界面汞交换通量日变化对比

第5章 森林土／气界面汞交换的影响因素

5．1 土壤汞含量

5．2 光照强度

5．3 土壤温度和大气温度

5．4 相对湿度

5．5 其它影响因素

5．6 主成分分析和通径分析

5．6．1 主成分分析

5．6．2 通径分析

第6章 结论与建议

6．1 主要结论

6．2 建议

参考文献

致谢

发表论文及参加课题