青藏高原，被誉为世界的“第三极”，不仅是亚洲生态安全的关键屏障，也是全球变化的敏感区域和受人类活动影响的脆弱地带。由于其独特的地形特征和特殊的季风气候，青藏高原内部广泛的冻土区（特别是三江源地区）及南部喜马拉雅山脉间的山谷环境中的污染物生物地球化学过程受到了广泛的关注。中国科学院地球化学研究所全球变化与重金属污染相关方向的研究团队与青藏高原研究所张强弓研究员团队、西南大学王定勇教授团队开展合作，深入研究了喜马拉雅山脉间山谷中植被汞的来源、累积与释放机制，以及三江源高寒冻土区土壤-植物系统内重金属的循环模式。
首先，喜马拉雅山脉间的山谷作为大气污染物从南亚传输到青藏高原的主要通道，其复杂环境条件使得直接测量大气汞含量变得困难，且跨境传输的具体情况尚不明确。研究人员选择了陈塘沟和亚东沟两个典型山谷作为研究对象，通过分析不同海拔高度的苔藓、地衣、松萝、树叶和树皮等生物监测器中的汞浓度及其同位素组成，探讨了汞在这些边界山谷中的来源、积累机制，并评估了生物监测器在揭示大气汞跨境传输方面的可靠性。
图1 青藏高原沟谷中生物检测器汞的浓度变化及来源组成
研究表明，生物监测器中的汞浓度和同位素特征并未显示出明显的海拔梯度规律，这可能是由于形态、生长周期、营养吸收途径等因素的影响，加上地形和气候的复杂性。在中海拔地区，湿沉降可能促进了强烈的二次反应，导致松萝和苔藓中出现显著负值的奇数Δ199Hg值（-0.86‰）。低海拔地区的Δ199Hg值（-0.32 至 -0.10‰）略高于高海拔地区，暗示可能存在来自南亚的人为汞跨境运输信号，但这种信号较弱。基于Δ200Hg源解析模型发现，大气Hg0是树皮、树叶、苔藓和地衣中汞的主要来源，分别占88±13%、84±11%、73±17%和67±13%，而松萝中的汞主要来自大气Hg2+(61±16%)。生物监测器与大气之间的汞交换差异较大，因此用它们来反演人为汞的跨境传输存在不确定性。
其次，为了理解高寒地区土壤-植物系统中重金属积累和迁移的驱动因素，并评估全球变化背景下青藏高原重金属的潜在生态风险，研究团队对三江源地区的永久冻土和季节性冻土表层土壤及植物样本进行了全面分析。研究结果显示，大部分重金属如Co、Ni、As、Zn和Pb主要来源于岩石风化，而Cd则主要来自凋落物归还作用。植物根系生物量的增加提高了重金属的生物有效性，从而增强了对某些重金属的吸收，同时减弱了从根部向地上部分的转移。研究表明，气候、冻土状态和植被类型在调控土壤-植物系统中重金属的积累和迁移方面起着关键作用。这一发现有助于深入了解高寒地区重金属的环境行为和循环机制，并为预测全球变化下青藏高原重金属的生态风险提供了科学依据。
上述研究成果分别发表在环境科学与地球科学研究领域期刊Environmental Science & Technology及Journal of Hazardous Materials上。该研究得到了国家自然科学基金项目和贵州省科技计划项目的资助。论文第一作者分别为中国科学院地球化学研究所的硕士生蔡馨远、博士生刘楠涛，通讯作者为王训研究员。
