祁连山森林生态系统微量元素沉降及生物地球化学行为研究

Atmospheric deposition is an important way for trace elements to transport in the environment. Forests are the largest ecosystem on land. Studying the biogeochemical process of trace elements in forest ecosystem is very important for understanding trace element cycle and evaluating the function of purifying atmospheric environment. In this project, Qilian Mountain is selected as the research area, and the dominant forest populations (Picea crassifolia and Sabina przewalskii) are taken as the research objects. The function of forest purifying atmospheric environment and the biogeochemical behavior of trace elements (Cu, Zn, Cd, Pb, Ni, Cr, Fe and Mn) in atmospheric deposition are studied. Based on field investigation and indoor test, theoretical analysis and numerical simulation, the adsorption mechanism of atmospheric particulate matter (PM1, PM2.5, PM10 and TSP) by dominant forest populations in different seasons in Qilian Mountains was revealed. The flux characteristics and spatial-temporal variations of trace elements in dry and wet atmospheric deposition of forest ecosystems in Qilian Mountains were clarified. The migration path of trace elements in atmospheric deposition and their effects on trace elements in vegetation and soil in forest ecosystems were clarified. This project will provide basic data for the evaluation of forest ecosystem services, and also provide theoretical basis for the protection of ecological environment in Qilian Mountains.

大气沉降是微量元素在环境中传输的重要途径，森林是陆地最大的生态系统，研究森林生态系统微量元素的生物地球化学过程对认识微量元素循环及评估净化大气环境功能至关重要。本项目选择祁连山为研究区，以森林优势种群（青海云杉和祁连圆柏）为研究对象，对森林净化大气环境功能和大气沉降中微量元素（Cu、Zn、Cd、Pb、Ni、Cr、Fe、Mn）的生物地球化学行为进行研究，采用野外调查与室内分析、理论分析与数值模拟相结合的方法，揭示祁连山森林优势种群在不同季节对大气颗粒物（PM1、PM2.5、PM10、TSP）的吸附机制；明确祁连山森林生态系统大气干湿沉降微量元素的沉降通量特征及时空变化；阐明大气沉降微量元素的迁移路径及对森林生态系统中植被和土壤微量元素积累的影响机制，为祁连山森林生态系统服务评估提供基础数据，同时为祁连山生态环境的保护提供理论依据。

森林是陆地最大的生态系统，研究森林中微量元素的生物地球化学过程对认识微量元素循环及评估森林生态系统服务功能至关重要。本研究选择祁连山为研究区，以青海云杉和祁连圆柏林为研究对象，通过采集森林内大气沉降、植被及土壤样品，研究祁连山森林生态系统滞纳空气颗粒物的能力；明确森林生态系统中大气沉降微量元素的沉降通量特征、时空变化、影响因素及源解析；阐明祁连山大气沉降微量元素对森林植被及土壤的影响机制；探究祁连山森林土壤中微量元素的积累及其主要输入途径研究。主要研究结果如下：（1）青海云杉和祁连圆柏叶片对TSP的吸附量最大。青海云杉和祁连圆柏叶片对PM10、PM2.5和PM1的吸附量均为中部>下部>上部。（2）大气湿沉降中Cu是含量最丰富的微量元素，青海云杉和祁连圆柏林的VWM浓度分别为6.33-10.90和3.21-7.48 μg L-1。降雨量、降雨强度、降雨持续时间、相对湿度和风速是影响大气微量元素沉降的重要因素。基于相关分析、主成分分析（PCA）和正矩阵因子分解（PMF）模型，确定了颗粒物（PM）的三个主要来源，即工业活动和垃圾焚烧、交通排放和煤燃烧以及生物质燃烧。（3）大气中存在的颗粒物是大气湿沉降中微量元素的主要贡献者。大多数植被和组织都含有高浓度的Zn、Ni、Pb和Cu，这表明这些元素已经在植物中积累。森林植物中的Zn、Pb和Ni含量可能与它们在土壤中浓度相关。（4）青海云杉林枯枝落叶层中Cu、Zn、Cd、Pb、Hg和As含量均高于祁连圆柏林枯枝落叶层，腐殖质层中Zn、Ni、Hg含量高于祁连圆柏林，矿物质层中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr和As含量均略低于祁连圆柏林。大气沉降中各微量元素在不同盖度、不同月份下的存在形式都有差异，但绝大多数微量元素主要以颗粒物形式存在。青海云杉和祁连圆柏枯落物年沉降通量平均值分别为447.95 和384.99 g m-2。

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