地表關鍵帶是陸地生態(tài)系統(tǒng)中土壤圈及其與大氣圈、生物圈、水圈和巖石圈物質(zhì)遷移和能量交換的交匯區(qū)域，被認為是21世紀基礎科學研究的重點區(qū)域。在國家自然科學基金支持下，成都山地所“山地生物地球化學”研究團隊在貢嘎山東坡海拔梯度上和冰川退縮跡地水平梯度上，開展了地表關鍵帶以磷和微量金屬元素為主的生物地球化學循環(huán)研究，取得了一系列新的進展。
土壤磷生物地球化學循環(huán)受溫度、降水、巖性、土壤性質(zhì)、植被和微生物活動的共同影響。貢嘎山東坡完整的土壤與植被垂直帶譜是研究這一問題的“天然實驗室”。研究發(fā)現(xiàn)貢嘎山東坡海螺溝土壤總磷和有機磷濃度呈現(xiàn)明顯的垂直分帶特征，表層土壤生物有效磷呈“拋物線”型分布，在亞高山暗針葉林帶最高，在常綠闊葉林帶最低；原生礦物磷則呈現(xiàn)與生物有效磷相反的空間分布趨勢。土壤的CNP比未呈現(xiàn)顯著的空間差異，而低海拔地區(qū)的微生物CNP比顯著低于高海拔地區(qū)。土壤磷生物地球化學的空間分異特征主要受土壤pH、植被和降水的影響。在高海拔地區(qū)，溫度是控制土壤磷生物有效性的另一個重要因素。此外，研究還發(fā)現(xiàn)低海拔的常綠闊葉林可能受到磷限制的影響。
氣候變暖導致全球高山冰川退縮，在冰川堆積物上發(fā)育的土壤具有較為明確年齡，可用于揭示風化及成土過程，探討成土作用過程中營養(yǎng)元素和微量金屬元素地球化學行為等?；谪暩律奖ㄍ丝s跡地，利用連續(xù)提取法、XRD和水化學等方法，發(fā)現(xiàn)冰川退縮后的52年內(nèi)，以碳酸鹽風化為主，52年后黑云母和角閃石等硅酸鹽礦物開始強烈風化。結果表明，良好的水熱條件和快速發(fā)育的植被極大地促進了風化作用的進行。與暴露時間相近的其它冰川退縮跡地相比，貢嘎山海螺溝冰川退縮跡地土壤發(fā)育和有機質(zhì)積累速率更快，土壤酸化過程更迅速。大量有機質(zhì)對重金屬鎘、鉛和鋅的吸附和絡合作用對這幾種重金屬在土壤中的遷移和轉(zhuǎn)化具有重要影響。由于強烈的風化、快速發(fā)育的植被的吸收和較強的淋溶作用，導致該冰川序列土壤表層磷流失速率較快，在120年樣點，表層磷庫降低了約17.6%。
貢嘎山東坡湖泊沉積物研究揭示了過去100多年以來研究區(qū)鎘、鉛和鋅的累積過程。結果顯示，自上世紀90年代中期以來，沉積物中重金屬主要來自于人類活動的排放；其中，鉛的污染歷史（自20世紀50年代）早于鎘和鋅的污染，這些重金屬很可能來自于中國西南地區(qū)和南亞地區(qū)；研究同時指出，限制區(qū)域重金屬的排放以及污染的協(xié)同治理仍然是未來一段時期內(nèi)控制重金屬污染的主要手段。
上述成果表明，山地是地表關鍵帶研究的理想?yún)^(qū)域，具有在有限空間內(nèi)開展不同土壤發(fā)育程度、氣候和植被類型條件下養(yǎng)分元素生物地球化學循環(huán)的空間分異、過程及驅(qū)動機制研究的優(yōu)勢；山地地表關鍵帶磷及微量金屬的生物地球化學循環(huán)對山地系統(tǒng)本身及其下游的生態(tài)和環(huán)境安全會產(chǎn)生重要影響。
相關研究成果已分別發(fā)表于Catena、Journal of Soils and Sediments、Geoderma、Environmental Science and Pollution Research、PeerJ、Chemosphere等期刊。
原文鏈接地址：
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0341816216300844
www.live.springer.com/article/10.1007/s11368-015-1200-9
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706115301750
https://peerj.com/articles/1377/
http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11356-015-5592-2