全球表层土壤汞的空间分布与驱动机制取得新进展

土壤是全球最大的汞库，全球表层土壤汞的浓度与空间分布是当前研究全球汞生物地球化学循环的基础。然而，当前关于全球土壤汞累积过程、库存及空间分布方面的认识存在较大的不确定性。中科院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室冯新斌研究员领导的研究团队，在环境科学领域期刊《Environmental Science& Technology》发表了题为“Climate and Vegetation As Primary Drivers for Global Mercury Storage in Surface Soil”(https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.9b02386)的研究文章，重建了全球表层土壤（0-20 cm）汞空间分布格局，并提出了相应的驱动机制。  

前人研究表明，土壤汞与土壤有机质(SOC)、叶面积指数 (LAI)、植被净生产力(NPP)、人为源汞排放有着较好的统计相关关系。本研究将上述影响因子归为三类：气候因子（降雨、温度与太阳辐射）、植被因子（LAI、NPP与SOC）、人为活动影响因子（人口分布与人为源汞排放），进一步通过整合中国与美国的地质调查数据，在大陆尺度或全球尺度解析这三类相关因子与土壤汞空间分布之间的相互作用关系，并应用汞同位素示踪技术，解析了全球主要陆地生态系统中表层土壤汞的来源。  

结果表明，土壤汞浓度的空间分布与气候因子的相关性最高，其次为植被因子，最低为人为活动影响因子。这表明气候与植被在大陆尺度上能较好的指示表层土壤汞的空间分布。结构方程模型（SEM）分析详细展示了气候因子、植被因子与人为活动因子对土壤汞浓度空间分布的影响关系。结果如图1所示，SEM模型表明气候因子对植被因子的直接影响作用为0.91，对人为活动影响因子的直接作用为0.63。汞同位素研究进一步表明，与植被相关的大气零价汞的干沉降是表层土壤汞的主要来源。气候和植被分布格局是影响全球表层土壤汞空间分布的关键因素（图2）。  

最后通过建立全球土壤汞浓度与气候因子、植被因子及人类活动影响作用的多种线性回归模型，重建了全球表层土壤汞的空间分布。模型结果表明，全球表层土壤中汞的储量为1088±379 Gg，其中32%分布在热带/亚热带森林地区，23%分布在温带/北方森林地区，28%分布在草地、草原及灌丛，7%分布在冻土带，10%分布在沙漠和干旱区灌丛 （图3）。研究最后指出，未来全球气候变化-植被格局改变-人类活动的影响作用可能根本上改变当前全球汞的生物地球化学循环模式。《水俣公约》的执行虽然能显著迅速降低人为源汞的排放，但环境介质中的汞浓度由于气候-植被-人类活动的相互反馈作用，可能并不随之立刻降低。 

　　
 图1.SEM 模型揭示土壤汞的空间分布与气候因子、植被因子及人类活动因子的相关关系及其之间的反馈作用

图2. 农田、森林、草地、泥炭地、苔原与西藏湿地中汞MIF特征


 图3. 模型预测的全球0-20cm表层土壤汞的空间分布特征，WWF生态系统分类中的汞库分布与全球不同区域的汞库分布特征 

　　（冯新斌课题组/供稿）