汞是强效神经毒素，它作为一种持久性的全球污染物对生态系统和人类健康有着严重威胁。陆地植被对气态元素汞的吸收是大气汞祛除的主要机制。目前，气候变化正在深刻地影响着全球陆地植被的生长和生理过程，但它们对汞吸收的影响仍然不清楚。
为了探究这一科学问题，bwin必赢张彦旭团队利用最新开发的全球陆面汞模型和全球变化控制实验的实测数据，在大气科学、生态学、环境科学和植物生理学等交叉学科的基础上通过结合模型和荟萃分析的方法，量化评估了未来不同排放情景下各全球变化因子对陆地植被汞吸收的影响。研究结果表明未来大气CO2浓度的上升严重抑制了全球植被吸收大气汞的通量。其原因在于强施肥效应下，植物叶片为了减少蒸腾作用而闭合气孔，导致植被吸收汞能力的减弱。这一潜在的“碳汞解耦“现象挑战了陆地生态系统中过去几十年基于碳汞耦合的传统理论。
图1 全文概要图
研究发现相较于其他气候变化因子，CO2的生物地球化学效应是调控未来全球植被吸收大气汞的主导因素。大气CO2浓度每升高100ppm，植物叶片内的汞浓度下降约5.87%，且不同植被功能类型对其响应的敏感性存在差异，其中作物类型最为敏感。而该现象的背后是陆地生态系统复杂的汞&碳和水相互作用的机理。CO2浓度升高的生物地球化学效应导致了植物的光合作用增强同时伴随水分的丧失，对此，植物选择降低气孔导度来减少蒸散发的消耗，导致了气孔导度的下降，进而改变了植物叶片对汞的吸收速率。
图2 CO2浓度升高对全球不同植被功能类型的植物吸收Hg(0)的影响
模式预测高排放情景（SSP5-8.5）下，相比于现在时期，本世纪末植被吸收大气元素汞的量下降了近60%，这意味着大量的汞将绕过植物和土壤的封存，流入河流和海洋，形成甲基汞在水声食物链中富集，对全人类健康构成重大威胁。因此本研究提出这种与气候相关的汞健康毒害需要在评估《水俣公约》的有效性时予以考虑，同时也强调了人类的碳减排措施仍然刻不容缓。
图3二氧化碳浓度升高对全球植被Hg(0)吸收的生物地球化学效应
该成果以“Potential decoupling of CO2 and Hg uptake process by global vegetation in the 21st century”为题，于2024年5月27日在线发表于《自然.通讯》 （Nature Communications）。bwin必赢的张彦旭教授为论文的通讯作者，2021级博士生袁腾飞为论文的第一作者。该论文的合作者包括公司的郭维栋教授，葛骏助理教授，宋正城博士，缪昕博士，在读博士生黄少剑、张鹏、王雨涓、庞巧童、彭栋和吴培培，环境学院郭红岩教授，以及浙江农林大学邵钧炯教授，中科院成都生物所张佩佩博士，扬州大学王亚波博士。该工作得到国家自然科学基金委重大项目，bwin必赢关键地球物质循环前沿科学中心和江苏省气候变化协同创新中心的资助。
文章链接: Yuan, T., Huang, S., Zhang, P. et al. Potential decoupling of CO2 and Hg uptake process by global vegetation in the 21st century. Nat Commun 15, 4490 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-48849-2