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土地利用类型对喀斯特小流域汞关键再分配过程的影响研究

批准号:
42107497
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
夏吉成
学科分类:
区域环境质量与安全
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
夏吉成

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
高汞的地质背景驱动了高强度汞的无序流动。高汞的地质背景叠加集中连片的喀斯特地貌以及超负荷的农业耕作,可能危及到西南喀斯特地区作为长江和珠江中上游重要的生态安全屏障的功能。研究表明,植被对于陆地生态系统汞的生物地球化学循环起着重要的作用,然而,土地利用类型对喀斯特地区汞的关键再分配过程的影响机制尚不清楚。因此,本项目以典型喀斯特小流域汞的关键再分配过程为研究对象,通过野外观测和实验室分析,采用同步辐射技术、新型动力学通量箱和汞同位素地球化学等技术手段,以明确不同土地利用类型条件下表层土壤汞的稳定性和剖面土壤汞的赋存形态及分布趋势,揭示不同土地利用类型条件下土壤汞的来源及积累特征,阐明土地利用类型对土壤-大气界面汞交换过程的影响机制。项目的实施,不仅有助于加深对陆地生态系统汞的生物地球化学循环的认识,对于减小高汞背景喀斯特地区汞的无序流动和发展健康可持续的农业生产也有重要意义。
英文摘要
The geological background of high mercury drives the high intensity disorderly flow of mercury. The high mercury geological background superimposed on the concentrated and contiguous karst landforms and overloaded agricultural farming and other factors may endanger the function of the Southwest Karst region as an important ecological security barrier in the middle and upper reaches of the Yangtze River and the Pearl River. Studies have shown that vegetation plays an important role in the biogeochemical cycle of mercury in terrestrial ecosystems. However, the impact mechanism of land use types on the key redistribution process of mercury in karst areas is still unclear. Therefore, this project takes the key redistribution process of mercury in two typical karst catchments as the research object. Through field observations and laboratory analysis, technical means such as synchrotron radiation technology, novel dynamic flux chamber and mercury isotope geochemistry are used to clarify the stability of mercury in surface soil and the occurrence speciation and distribution trend of mercury in soil profile under different land use types, reveal the source and accumulation characteristics of soil mercury under different land use types and clarify the influence mechanism of land use types on the process of air-surface Hg0 exchange. The successful implementation of the project will not only help to deepen the understanding of the biogeochemical cycle of mercury in terrestrial ecosystems, it is also of great significance for reducing the disorderly flow of mercury in karst areas with high mercury background and developing healthy and sustainable agricultural production.
高汞的地质背景叠加集中连片的喀斯特地貌以及超负荷的农业耕作,可能危及到西南喀斯特地区作为长江和珠江中上游重要的生态安全屏障的功能。植被对于陆地生态系统汞的生物地球化学循环起着重要的作用。本项目以典型喀斯特小流域汞的地气汞交换过程为主要研究对象,通过野外观测和实验室分析,采用同步辐射技术、新型动力学通量箱和汞同位素地球化学等技术手段开展了系统的研究,取得了若干关键认识:1. 回龙小流域土壤汞库高达44.4±4.2 g m−2,而陈旗流域为0.17±0.02 g m−2。在土壤形成过程中,硫化汞作为汞矿石的主要矿物逐渐向其他矿物类型转变,汞的原生矿物在土壤中的缓慢转化可能对地下水污染具有重要影响。随着土壤深度的增加,有机结合态汞所占比例降低,离子态汞所占比例增加。离子汞随土壤深度增加的趋势,在高汞背景的喀斯特地区,土壤汞进入地下水的风险增加。2. 地气汞交换通量存在显著差异,在沙湾试验场,地表向大气排放汞的年平均通量由大到小的顺序为裸土地>灌木地>耕地>裸岩地,不同土地利用方式可能是地气汞交换通量差异的重要影响因素,没有植被的裸土地为最大的汞排放源(4.55±11.3 ng m-2 h-1),植被发育最好的草地表现为大气汞的汇(-1.82±6.00 ng m-2 h-1)。3. 不同土地利用条件下,不但地气汞交换通量存在显著差异,汞同位素的质量分馏也有所不同,即在植被发育程度较低的土地利用类型,地气汞交换表现为向大气排放汞,汞的质量分馏偏负,在在植被发育程度较高的土地利用类型,地气汞交换表现为吸收大气汞,汞的质量分馏偏正。土壤释放汞是土壤中历史遗留汞被还原再释放的过程,这极大地丰富了地气界面间汞交换的机理研究,同时也证实了土壤深层的汞长时间受到如此的二次过程,而使得利用δ202Hg 特征来估算土壤汞来源估算时产生的偏差。本研究有助于加深对陆地生态系统汞的生物地球化学循环的认识,对于减小高汞背景喀斯特地区汞污染扩散和发展健康可持续的农业生产也有重要意义。
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