植被是聯結大氣圈與土壤圈的關鍵紐帶，在全球汞生物地球化學循環(huán)中扮演著舉足輕重的角色。自上世紀七十年代末以來，植被汞的生物地球化學過程研究一直是陸地生態(tài)系統(tǒng)汞循環(huán)研究的重點與前沿方向之一，先后經歷了基于總汞含量分析階段、汞形態(tài)分析的研究階段與近十多年來汞同位素示蹤等新技術應用下的快速發(fā)展階段。
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目前對于植被根的汞來源與遷移轉化規(guī)律的認識十分欠缺。目前對全球森林植被根中汞庫年增加量的估算誤差很大，從2100到3200 噸/年不等。造成上述估算誤差的原因有兩方面：一是，當前多數的研究只是簡單測定淺層土壤混合根的汞含量，而事實上根系不同分級及不同土壤深度的根汞含量差異很大；二是，當前文獻中根汞含量數據集的異質性過大，且代表性不夠，主要集中在中國、北美與歐洲的溫帶與北方森林系統(tǒng)，而根生物量較大的熱帶和亞熱帶森林的數據較為匱乏。早期的研究認為根中汞來自于土壤溶液汞，然而最近有研究認為根中汞可能有較高比例是來自葉片吸收并轉運的汞，并估算有高達 300 噸/年大氣Hg0貯存在根中。然而，由于植被根的儲庫、來源及其遷移分配機制不清，上述評估仍存在較大的不確定性。
中國科學院地球化學研究所馮新斌研究員領導的汞的區(qū)域生物地球化學循環(huán)研究團隊，以云南山哀牢山亞熱帶高山森林為研究對象，通過對優(yōu)勢樹種樹根剖面的汞生物地球指紋特征刻畫，運用天然汞穩(wěn)定同位素解析了根中汞的來源及遷移。研究表明：（1）細根、中根、粗根中汞的濃度異質性較大，其中細跟汞含量最高，汞庫主要分布在1.5米深以內的土壤剖面；（2）根中汞主要來自于土壤溶液二價汞的吸收，地上木質部遷移而來的汞貢獻較少，哀牢山森林根不是大氣汞的重要匯；（3）根吸收的汞在縱向的遷移轉運能力很弱，基本很難傳輸到地上木質部。本研究對完善森林大氣汞匯評估有重要的啟示意義。
圖1. 同位素證據證明了亞熱帶森林根系中汞主要來源于土壤
同時研究團隊運用汞同位素對青藏高原永凍土區(qū)域植被汞的來源及遷移進行了系統(tǒng)闡釋。研究團隊首次發(fā)現：在青藏高原三江源及怒江源永凍土區(qū)植被葉片中汞的同位素特征顯著異常，完全不同于季節(jié)凍土、低海拔區(qū)域及北極苔原區(qū)域植被葉片中顯著偏負的汞odd-MIF（奇數汞同位素非質量分餾）特征；青藏高原植被葉片汞的 odd-MIF隨著海拔升高，沿著季節(jié)性凍土至永凍土區(qū)域逐漸偏正。進一步綜合分析發(fā)現：青藏高原高海拔永凍區(qū)，由于純凈的大氣環(huán)境，大氣二價汞odd-MIF特征顯著偏正于全球一般的偏遠地區(qū)的特征，加之高海拔區(qū)域較低的植物生產力，即使少量的大氣二價汞沉降輸入也使得土壤汞的odd-MIF呈現正值；高海拔永凍土環(huán)境，促使植被根的生長及根吸收轉運土壤營養(yǎng)物質的能力，進而使得高海拔永凍區(qū)域植被中的汞主要來自于根對土壤汞的吸收，而不是目前在低海拔地區(qū)發(fā)現的植被葉片汞主要來自于大氣零價汞的吸收途徑。本研究對認識我國青藏高原汞的生物地球化學循環(huán)有重要啟示意義，即青藏高原獨特的氣候生境能造就植被汞獨特的循環(huán)方式，簡單套用低海拔區(qū)域汞循環(huán)的理論可能會對青藏高原汞生物地球化學循環(huán)評估帶來較大的誤差。
圖2. 青藏高原典型不同凍土區(qū)域汞含量及其同位素指紋特征的差異
上述研究成果分布發(fā)表在環(huán)境科學與地球科學研究領域期刊Environmental Science & Technology及 Communications earth & environment上。該研究得到了國家自然科學基金項目（41829701、42007307及42122053）和中國科學院先導專項A（XDA2004050201）的資助。
論文信息1：Wei Yuan, Xun Wang, Che-Jen Lin, Fei Wu, Kang Luo, Hui Zhang, Zhiyun Lu, and Xinbin Feng; Mercury Uptake, Accumulation, and Translocation in Roots of Subtropical Forest: Implications of Global Mercury Budget. Environmental Science & Technology 2022 56 (19), 14154-14165
論文鏈接1：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.2c04217
論文信息2：Wang, X., Yuan, W., Lin, CJ. et al. Root uptake dominates mercury accumulation in permafrost plants of Qinghai-Tibet Plateau. Commun Earth Environ 3, 287 (2022). https://doi.org/10.1038/s43247-022-00619-y
論文鏈接2：https://www.nature.com/articles/s43247-022-00619-y
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