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本文针对非洲热带森林区域汞(Hg)数据严重缺乏的问题，开展了一项关于大气汞植被吸收、土壤汞储库及其土地利用变化影响的开创性研究。研究人员测定了刚果盆地东部三个森林站点的新鲜叶片、凋落物和土壤剖面（至1米深）的汞浓度，首次量化了该区域的汞凋落物通量、揭示其土壤汞储量为迄今报道的最高值之一，并发现毁林导致约50-65%的土壤汞被大规模活化释放。该研究为全球汞循环模型提供了关键非洲参数，警示森林砍伐可能导致大量汞进入周边水体及大气，对全球汞循环及区域食物安全构成威胁。
在我们赖以生存的星球上，有一种有毒重金属元素——汞(Hg)，正以前所未有的速度在全球范围内循环。热带森林生态系统，特别是像亚马逊和刚果盆地这样广袤的“地球之肺”，不仅是生物多样性的天堂，更是全球汞循环中至关重要的“吸尘器”和“储藏室”。这些森林的茂密植被能高效吸收大气中的气态汞，并通过叶片衰老和凋落物分解，将汞源源不断地输送并储存在下方的土壤中。因此，热带土壤被认为是全球最大的陆地汞储库之一，其汞储量远超温带和寒带森林土壤。然而，一个令人忧心的事实是，这个巨大的储库并不稳定。当森林被砍伐，转变为农田或其他用地时，储存在土壤中的汞便可能被大规模活化，转变为释放源，威胁水生生态系统和人类健康。更令人担忧的是，相对于对亚马逊地区的研究，对世界第二大热带雨林——非洲刚果盆地的汞储量、循环过程及人为干扰影响，我们的认知几乎是一片空白。这种数据缺失带来了全球汞收支预算的严重不确定性，也使得评估该区域因森林砍伐带来的环境与健康风险变得异常困难。
为填补这一关键空白，来自瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zürich)的Sylvain Bouchet、Ruben Kretzschmar和Sebastian Doetterl三位研究人员，在环境科学领域顶级期刊《Journal of Hazardous Materials》上发表了一项开创性的研究。他们深入刚果盆地东部，首次系统地探究了非洲热带森林生态系统从植被到深层土壤的汞含量、通量与储量，并量化了毁林导致的汞损失。
研究人员综合运用了野外系统采样与高精度实验室分析相结合的方法。他们在位于民主刚果(DRC)、卢旺达(RWA)和乌干达(UGA)的三个研究地点，按照地形位置（高原、坡地、河谷）和土地利用类型（森林 vs. 农田）进行了严格的采样设计。样本类型涵盖了新鲜树冠叶片、为期一年的周期性收集的凋落物、以及深达1米的土壤剖面（包括有机层和每10厘米间隔的矿物层）。所有样品中的总汞浓度均使用直接汞分析仪(DMA-80)进行测定。此外，为了探究汞在土壤中的赋存与控制机制，研究还对土壤进行了详细的物理化学表征，包括利用X射线荧光光谱(XRF)测定总元素组成，以及采用三步顺序提取法（焦磷酸钠、草酸铵-草酸、连二亚硫酸盐-柠檬酸盐-碳酸氢盐(DCB)）来分别评估有机络合态、无定形/短程有序(SRO)氧化物以及晶质铁铝氧化物对汞的吸附作用。土壤容重、碳氮含量、pH值等基础参数也一并测定，以全面理解汞的分布规律。
研究结果
1. 叶片和凋落物中的汞浓度
研究发现，三个站点新鲜叶片中的汞浓度中位数为27.7 ng g-1，与全球远离人为排放区的叶片汞浓度中值（30 ng g-1）非常接近，但明显低于南美洲报道的数值。凋落物中的汞浓度中位数（42.1 ng g-1）比新鲜叶片高出52%，这可能源于老叶更长时间的汞累积、养分重吸收过程中的汞富集，以及凋落物中混入了苔藓、地衣等富汞组织。三个站点的年凋落物汞通量平均值为43 ± 13 μg m-2y-1，与亚马逊森林的报道值相当，证实了这些非洲热带森林植被能有效吸收大气汞。
2. 森林和农田土壤矿物层中的汞浓度
这是本研究最核心的发现。森林土壤矿物层中的汞浓度高得惊人，中位数达到179 ng g-1，最高值可达925 ng g-1。这些数值是欧洲或美国温带土壤中位值的5倍以上，与亚马逊地区报道的最高值处于同一量级，是迄今报道的自然土壤中最高汞浓度之一。汞浓度沿土壤剖面分布显示，多数森林土壤在紧邻有机层下方的矿物层（通常为5厘米深处）存在一个明显的次表层峰值，表明从分解有机物中淋溶出的汞-有机物复合物被优先吸附于此。地形对汞分布有显著影响，从高原到河谷，土壤汞浓度呈下降趋势。相比之下，农田土壤的汞浓度剖面较为平缓，且整体浓度远低于相邻的森林土壤。
3. 汞储量分布及其毁林后损失
森林土壤（1米深度内）的汞储量巨大，特别是在卢旺达Nyungwe站点的某些高原和坡地剖面，累积储量高达920 mg m-2，这无疑是已报道热带土壤中的最高值之一。研究发现，土壤汞储量与用草酸铵和DCB提取的铁(Feox+dcb)储量呈显著正相关，证实了含铁（铝）的次生氧化物（如赤铁矿、针铁矿）是热带土壤中固定汞的关键“捕手”，这与温带土壤中汞主要受有机质控制的机制截然不同。
毁林导致的汞损失是巨大且惊人的。通过对比森林与相邻农田的土壤汞储量，计算得出三个站点因土地利用转变导致的汞损失中位数分别为62%、58%和52%，平均损失约为57%。这意味着超过一半储存在土壤中的汞因森林砍伐而被活化。进一步分析揭示，汞损失的量与原始森林土壤中的汞储量呈极强的线性正相关（斜率=0.65，r2=0.95）。损失比例也与原始储量正相关，表明储量越高的土壤，其汞被活化释放的风险和比例也越大。
结论与讨论
本研究首次为非洲热带森林生态系统的汞生物地球化学循环提供了系统的实证数据。结论清晰而有力：刚果盆地东部的热带森林是高效的大气汞汇，其下覆土壤，特别是富含铁氧化物的矿物层，储存着全球最高水平的自然汞储量。这一巨大储库在森林砍伐后变得极其脆弱，平均约57%的土壤汞会被活化释放。释放的汞可能通过挥发重新进入大气，加剧区域乃至全球的汞再分布；也可能通过侵蚀和淋溶进入下游水体，增加汞甲基化和生物富集的风险，直接威胁非洲大湖区的渔业资源和依赖水生食物链的社区健康。
这项研究的重大意义在于，它将一直被忽视的非洲热带区域正式纳入了全球汞循环的版图，其提供的关键参数将极大改善全球汞模型的准确性。研究所揭示的“土壤汞储量与毁林损失量呈线性关系”的规律，为未来大尺度评估土地利用变化对全球汞循环的影响提供了简洁有力的预测工具。最后，研究结果向世人发出了强烈的警示：保护这些富含汞的热带森林，不仅是保护生物多样性和碳汇，更是防止一个巨大的有毒金属储库被打开、避免一场可能波及广泛区域的生态与健康危机的关键举措。在人口增长和农业扩张压力持续增大的背景下，这一警示显得尤为迫切和重要。
