第七届青年地学论坛

在我国，喀斯特地貌占国土面积的比例达13.5%。由于喀斯特地区环境承载力脆弱，长期以来一直受到各界的高度关注，但对喀斯特农田－森林小流域生态系统汞的迁移转化特征及质量平衡知之甚少。本研究选取我国西南喀斯特集中连片区的一个典型高汞地质背景区(位于兴仁的回龙小流域)和一个低汞背景区(位于普定的陈旗小流域)为研究区域，以穿透雨、空旷地降雨、大气颗粒物、肥料、凋落物、土壤-大气汞交换、农作物、地表径流和地下径流等环境介质为研究对象，围绕小流域汞的分布与赋存形态、汞的来源及积累特征、汞的迁移与转化特征等研究内容，探讨典型喀斯特小流域汞的质量平衡。获得的主要研究结果如下：
（1）回龙小流域汞的净输出通量为-1498.2±1504 μg m^-2 yr^-1，主要的输入途径为凋落物和颗粒物态汞沉降。而农业耕作所带来的汞输入通量为28.4±19.4 μg m^-2 yr^-1。主要的输出途径为土壤-大气界面间的汞交换和农作物收获。陈旗小流域汞的净输出通量为-4.8±98.2 μg m^-2 yr^-1，主要的输入途径为凋落物和施肥，农业耕作所带来的输入仅次于凋落物的。主要的输出途径为农作物收获和土壤-大气界面间的汞交换，输出通量分别为43.0±6.29 μg m^-2 yr^-1和36.2±48.5 μg m^-2 yr^-1。
（2）降水和大气的汞同位素特征均揭示出该区域内受到明显地人为源信号的干扰，显著地影响了汞同位素信号。结合汞同位素和汞浓度的结果，示踪了该区域内土壤汞的主要来源于凋落物汞输入和岩石风化过程的汞输入。基于二元混合模型，研究表明林地表层土壤中约有47~49%的汞来源于凋落物的汞输入，而51~53%的汞来源于基岩风化的汞输入；而深层土壤中约有29%的汞来源于凋落物的汞输入，71%的汞来源于基岩风化的汞输入。地气交换实验结果表明，陈旗流域土壤排放汞的过程中，较轻的汞同位素优先被释放，导致土壤中残留了较重的汞同位素质量分馏信号，而不会引起汞同位素非质量分馏的变化。
（3）回龙小流域农田剖面和林地剖面汞的化学提取（BCR）形态分析结果表明，阳离子交换量（CEC）可能对弱酸提取态和可还原态的汞有促进作用，土壤有机质（SOM）与可氧化态的汞关联密切。汞的L3边X射线近边吸收谱的结果表明，在成土过程中，汞矿石主要的原生矿物α-HgS逐渐向其它矿物类型转变。随着土壤深度增加有机结合态的Hg(SR)2的占比减小，离子态的汞则有增加的趋势，与BCR形态分析结果相似。离子态汞的占比随土壤深度增加，在农田剖面由4.34%升至10.67%，在林地剖面由6.57%升至18.94%，暗示了在高汞背景的喀斯特地区，土壤汞进入地下水的风险在增加。
 

喀斯特、汞、质量平衡、赋存形态、归趋