山地表生地球化學(xué)研究現(xiàn)狀與展望

吳艷宏　邴海健　周俊

摘要：山地是地球上重要的地貌單元，占全球陸地面積的20%，中國山地占國土面積的2/3。山地是全球物質(zhì)和能量循環(huán)的起點，是對全球氣候變化最為敏感的區(qū)域。山地表生地球化學(xué)包括山地生物地球化學(xué)、山地環(huán)境地球化學(xué)和山地生態(tài)地球化學(xué)，是山地科學(xué)的主要內(nèi)容。結(jié)合當(dāng)前研究熱點，山地表生地球化學(xué)重點關(guān)注山地表生生態(tài)系統(tǒng)對全球氣候變化的響應(yīng)與適應(yīng)以及山地表生生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)對山地生態(tài)環(huán)境健康的影響。未來需要在山地生態(tài)系統(tǒng)中將大氣圈、水圈、土壤圈、生物圈作為一個整體，系統(tǒng)地開展山地表生地球化學(xué)研究；從初期的單一要素著手積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，到后期的多單元、多因素研究的整合；通過長期的野外監(jiān)測和室內(nèi)分析，最終建立適合山地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)地球化學(xué)循環(huán)模型，預(yù)測將來全球氣候變化和人類活動影響下山地生態(tài)環(huán)境的發(fā)展趨勢和可能的潛在影響，這對山地自身的生態(tài)環(huán)境安全以及山區(qū)社會、經(jīng)濟(jì)和文化的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：山地科學(xué)；表生地球化學(xué)；生態(tài)系統(tǒng)；全球氣候變化；人類活動；物質(zhì)循環(huán)

中圖分類號：P594文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Review on Mountain Supergene GeochemistryWU Yanhong1，2， BING Haijian1，2， ZHOU Jun1，2

（1. Chengdu Institute of Mountain Hazards and Environment， Chinese Academy of Sciences and Ministry of

Water Resources， Chengdu 610041， Sichuan， China； 2. Key Laboratory of Mountain Surface Processes

and Ecological Regulation， Chinese Academy of Sciences， Chengdu 610041， Sichuan， China）Abstract： Mountain is an important geomorphic type on the earth， which covers 20% of the total terrestrial areas. Mountain is the major part of Chinese land， which is nearly 2/3 of terrestrial area. Mountain is not only the beginning of global cycling of materials and energy， but also the most sensitive area to global climate changes. Mountain supergene geochemistry consists of mountain biogeochemistry， mountain environmental geochemistry and mountain ecological geochemistry （ecogeochemistry）， which are the important contents of mountain science. According to current research hotpots， mountain supergene geochemistry is focusing on the responses and adaptions of mountain ecosystems to the global changes， and the impacts of the material cycling on the ecology and environment in the mountain areas. In future， it is necessary to synthetically study the mountain supergene geochemistry in combination with the atmosphere， hydrosphere， pedosphere and biosphere. The first work should measure the basic data for single object， and then integrate the multiple data. Based on the longterm field monitoring and the lab analysis， the suitable geochemical cyclical models of the materials are ultimately established for the mountain ecosystems， and thus the impacts of the global climate changes and human activities on the development of mountain ecological environment as well as the potential ecorisk would be predicted， which is appreciably important for the safety of mountain ecosystems and for the sustainable development of society， economy and culture in the mountain areas.

Key words： mountain science； supergene geochemistry； ecosystem； global climatic change； human activity； material cycling

0引言

山地是具有一定海拔、相對高度和坡度的，由高地及其相伴谷地、山嶺等所組成的綜合地域[12]，是多圈層（大氣圈、生物圈、水圈、土壤圈和巖石圈）相互作用非?；钴S的復(fù)雜區(qū)域[34]。山地約占地球陸地表面積的20%，居住著世界上10%的人口[5]。 中國是一個多山的國家，山地和丘陵面積約為63×106 km2，占中國國土總面積的2/3[6]。

山地為人類提供多種賴以生存的自然資源。山地是世界上主要河流的發(fā)源地[5]，為全球超過50%的人口提供了淡水資源[7]；山區(qū)河流巨大的垂直落差轉(zhuǎn)換成的電能為人類提供了大量幾乎零污染且廉價的電力資源[8]；此外，山地還是木材資源、動植物（含藥材）資源和多種礦產(chǎn)資源的主要產(chǎn)地[9]。

山地是重要的生態(tài)和環(huán)境安全屏障。山地森林不僅可以降低山區(qū)發(fā)生泥石流和滑坡等自然災(zāi)害的風(fēng)險，保障山區(qū)民眾的生命安全，而且其涵養(yǎng)水源和減少水土流失的功能對下游廣大地區(qū)的水資源和水質(zhì)安全尤為重要[9]；山地森林維持的碳庫約占全球碳庫的44%[10]，在氣候變暖不斷加劇的背景下，山地森林對溫室氣體減排具有重要的現(xiàn)實意義，是減緩全球氣候變暖的重要保障；全球一半的生物多樣性熱點區(qū)域都在山區(qū)[11]，至少1/3的陸地植物生活在山地[12]，而且山地復(fù)雜多變的地形、與外界相對隔離的“島嶼”生境以及特殊的地貌條件，使得山地成為物種分化、特有種和孑遺種分布的中心[1315]。

山地是科學(xué)研究的天然實驗室。山地特有的海拔梯度變化，導(dǎo)致溫度和降水等環(huán)境要素隨海拔變化，進(jìn)而產(chǎn)生與緯度地帶性相似的山地土壤和植被垂直帶譜，加之山地對全球氣候變化的響應(yīng)存在放大作用，是氣候變化的敏感區(qū)[16]，從而山地為研究不同植被類型、物種多樣性和營養(yǎng)元素的生物地球化學(xué)循環(huán)對氣候變化（氮沉降、溫度和降水變化）的響應(yīng)、適應(yīng)與反饋提供了理想的場所[17]；由于全球氣候變暖的影響，高山地區(qū)的冰川大面積退縮，遺留越來越多的冰川退縮跡地，為研究早期的成土作用過程和巖土演化機(jī)理以及風(fēng)化過程、營養(yǎng)元素釋放和植被原生演替之間的關(guān)系提供了平臺與機(jī)會；山地系統(tǒng)（尤其是高山地區(qū)）一般遠(yuǎn)離大城市，較少受到人類活動的干擾，被認(rèn)為是未被污染的“潔凈”區(qū)域，因此，常作為監(jiān)測和研究大氣污染的敏感地區(qū)[18]。

山地表生地球化學(xué)是研究山地表層化學(xué)組成、化學(xué)作用和化學(xué)演化的自然科學(xué)，是山地科學(xué)的重要分支。目前，山地表生地球化學(xué)研究主要包含了山地生物地球化學(xué)、山地環(huán)境地球化學(xué)以及山地生態(tài)地球化學(xué)等內(nèi)容。山地生物地球化學(xué)主要關(guān)注山地生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)在自然環(huán)境中的傳輸和轉(zhuǎn)化過程，即環(huán)境—生物—環(huán)境的循環(huán)過程，是針對“過程”開展的一門科學(xué)[19]；山地環(huán)境地球化學(xué)主要關(guān)注山地生態(tài)系統(tǒng)中天然及人為釋放的污染物質(zhì)（如重金屬、有機(jī)污染物、廢水、廢渣等）的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制，對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和人類健康的影響，以及對下游生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響；山地生態(tài)地球化學(xué)是近幾年新興起的一門學(xué)科，主要針對山地生態(tài)系統(tǒng)開展元素或者化合物的組成特征、來源、含量、形態(tài)、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究[20]。3個學(xué)科相互聯(lián)系，相互補(bǔ)充，共同構(gòu)成并促進(jìn)了山地表生地球化學(xué)研究的發(fā)展。山地生態(tài)系統(tǒng)對全球氣候變化的響應(yīng)和適應(yīng)以及物質(zhì)循環(huán)研究是當(dāng)前山地表生地球化學(xué)研究關(guān)注的熱點問題。1山地表生生態(tài)系統(tǒng)對全球氣候變化的響應(yīng)和適應(yīng)全球氣候變化不僅會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，從而對生態(tài)系統(tǒng)造成破壞（酸雨、森林火災(zāi)、植物枯死、自然災(zāi)害等），而且物種對高溫和干旱脅迫的脆弱性增加可能會導(dǎo)致死亡率上升和物種滅絕，因此，加強(qiáng)全球氣候變化對山地生態(tài)系統(tǒng)的影響研究對山地生態(tài)安全具有實際意義。目前，在山地表生地球化學(xué)研究中，應(yīng)注重全球氣候變化對山地氣候因子（溫度、降水）、土壤環(huán)境以及生物影響等方面的研究工作。

1.1山地氣候因子（溫度、降水）

溫度和降水直接對山地生物地球化學(xué)循環(huán)產(chǎn)生重要影響，并且氣候變暖對高山生態(tài)系統(tǒng)的顯著影響是冰川融化和降水的季節(jié)分配差異，從而打破山地生態(tài)系統(tǒng)平衡，引起不可預(yù)知的后果。冰川具有調(diào)節(jié)氣候因子（溫度、降水），影響全球物質(zhì)循環(huán)以及儲存污染物的作用。冰川融化不僅改變了水資源的分配[21]，干擾全球碳循環(huán)[22]，間接影響物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化，而且冰川融化將會釋放冰川中保存的物質(zhì)[23]。已有研究發(fā)現(xiàn)，阿爾卑斯山冰川中具有已溶解的有機(jī)化合物[22]；Todd 等認(rèn)為北美洛磯山脈分水嶺的鋅和其他金屬濃度的顯著增加與氣候變暖導(dǎo)致的冰雪融化有關(guān)[24]。

因此，在全球氣候變化的背景下，有必要加強(qiáng)山地生態(tài)系統(tǒng)溫度、降水等氣候因子的長期觀測，探尋全球氣候變化對山地溫度和降水的影響趨勢，加強(qiáng)酸沉降和污染物大氣沉降的觀測記錄，為山地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展和生態(tài)安全提供基礎(chǔ)資料。

1.2山地土壤環(huán)境

全球氣候變化通過改變土壤屬性（溫度、水分、有機(jī)物組成等）進(jìn)而對山地土壤物質(zhì)平衡產(chǎn)生影響。一方面，全球氣候變化對土壤的風(fēng)化程度具有重要影響，溫度升高和降水增加有助于土壤風(fēng)化，造成化學(xué)物質(zhì)釋放速率的增加；另一方面，全球氣候變化對于土壤中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化具有重要影響。Hopkins等指出溫帶森林大部分土壤儲存著數(shù)十年的碳，氣候變暖將加速該儲齡土壤碳的分解速度，這種正反饋機(jī)制將反過來影響全球氣候變化趨勢[25]。此外，氣候因子（如溫度和降水）將對土壤微生物產(chǎn)生直接影響，進(jìn)而間接影響土壤演化以及物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化[2628]。Li等的研究顯示，溫度升高能夠影響北方森林土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及其分泌酶的能力，從而使腐殖化土壤有機(jī)物的損失增加[29]。

土壤作為物質(zhì)轉(zhuǎn)換和污染物的重要儲庫，全球氣候變化如何改變土壤結(jié)構(gòu)將直接關(guān)系到山地生態(tài)系統(tǒng)的安全，因此，應(yīng)注重以下研究：全球氣候變化對凍土及其所含物質(zhì)、土壤演化以及土壤屬性的影響；水文狀況對土壤物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化；不同氣候因子調(diào)控物質(zhì)在土壤微生物植物、土壤大氣等系統(tǒng)之間的生物地球化學(xué)循環(huán)機(jī)制；全球氣候變化條件下，土壤對物質(zhì)的保持或者釋放機(jī)制。

1.3山地生物

在山地表生地球化學(xué)研究中，生物（植物、微生物）對養(yǎng)分、水分以及土壤屬性的作用非常突出，生物（尤其是植物）對全球氣候變化是十分敏感的，例如氣候變暖會改變森林植被帶的分布，加劇物種競爭。Ross等根據(jù)新西蘭西北部山體植物群落的最新證據(jù)發(fā)現(xiàn)，在過去半個世紀(jì)中，全球氣候變化引起了溫度、降水以及pH值的變化，造成5種植物棲息地環(huán)境的變化，進(jìn)而使適應(yīng)冷濕條件的特殊植物物種消失[30]。Gottfried 等針對歐洲17個山區(qū)60個聯(lián)網(wǎng)觀測點，調(diào)查研究了867個植被樣地，發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)快速響應(yīng)氣候持續(xù)變暖，即大部分植物的理想生境正在趨向更高的寒冷地帶，同時發(fā)現(xiàn)逐漸上移的植被帶將與高山植物群落展開激烈競爭，最終可能導(dǎo)致原有的高山帶生境縮小或消失[31]。Pauli 等對歐洲山地植物多樣性變化進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)大部分植物均具有向上遷移的跡象，并把這種現(xiàn)象歸因于全球氣候變化導(dǎo)致植物可利用水分的減少[32]。Dullinger 等采用模型預(yù)測在當(dāng)前氣候變化趨勢下有44%～50%的山地植物將在21世紀(jì)末滅絕[33]。

微生物是土壤的重要組成部分，在土壤演變及植被演替等過程中，微生物均發(fā)揮著重要作用。全球氣候變化同樣影響著微生物的群落組成及微生物活性等，例如氣候變暖會增加微生物活性，增加微生物對土壤有機(jī)物的礦化速率，最終不僅影響土壤的肥力，進(jìn)而影響植物對養(yǎng)分的吸收[3436]，而且也對營養(yǎng)物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化產(chǎn)生直接作用[37]。

全球氣候變化對山地植物和微生物的影響將直接關(guān)系到山地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展，因此，應(yīng)注重全球氣候變化影響下植物種群分布、植被帶遷移、植物生理過程在土壤發(fā)育和風(fēng)化作用中的貢獻(xiàn)，加強(qiáng)氣候因子對微生物的種群分布、結(jié)構(gòu)及活性等方面的研究，關(guān)注全球氣候變化背景下植物和微生物在山地表生生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)地球化學(xué)循環(huán)過程中所發(fā)揮的作用，最終建立氣候因子土壤生物的耦合關(guān)系。

1.4小結(jié)

氣候變化對山地生態(tài)系統(tǒng)的影響是復(fù)雜而多變的，開展山地表生地球化學(xué)循環(huán)研究應(yīng)將氣候因子、土壤、生物、水文、大氣等作為一個整體進(jìn)行物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化研究，確立不同氣候條件下物質(zhì)的保持、遷移機(jī)制，通過野外觀測和室內(nèi)模擬等手段建立適合山地生態(tài)系統(tǒng)的地球化學(xué)循環(huán)模型，為預(yù)測未來氣候條件下山地生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展方向提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)。2山地表生生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與山地生態(tài)環(huán)境健康有些元素（如C、N、P、S等）是植物生長的關(guān)鍵限制性元素，而有些元素（如Cd、Pb、Sb、Hg等）是植物生長不需要的元素，當(dāng)這些元素含量達(dá)到一定程度會對植物造成危害。此外，持久性有機(jī)污染物（POPs）在山地的累積將對山地生物的安全帶來巨大威脅。由于海拔高度差異，山地存在明顯的氣候和生態(tài)組成上的差異，山地地形、土壤類型以及生物作用等均對山地表生生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)的循環(huán)過程造成重要影響。在山地生態(tài)系統(tǒng)中開展物質(zhì)循環(huán)過程、轉(zhuǎn)化機(jī)理研究有助于了解物質(zhì)在山地生態(tài)系統(tǒng)中的賦存特征，識別物質(zhì)來源以及評價潛在的生態(tài)風(fēng)險，從而為山地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展和生態(tài)修復(fù)提供理論基礎(chǔ)。

2.1山地生態(tài)系統(tǒng)元素地球化學(xué)循環(huán)

2.1.1微量元素分布規(guī)律和賦存現(xiàn)狀

元素的海拔分布是高山生態(tài)系統(tǒng)元素地球化學(xué)研究的基礎(chǔ)。大氣沉降能夠?qū)е碌乇憝h(huán)境中某些微量元素的大量富集，而不同環(huán)境介質(zhì)對微量元素的吸收、吸附和保存能力具有較大差別[3839]，從而影響微量元素的時空分布特征。因此，需要對多環(huán)境介質(zhì)中微量元素進(jìn)行分析，進(jìn)而更全面地闡明高山生態(tài)系統(tǒng)微量元素的海拔分布狀況，為揭示微量元素的區(qū)域乃至全球尺度的傳輸過程和機(jī)制提供理論基礎(chǔ)。

目前，在高山地區(qū)微量元素的海拔分布特征研究上，采用較多的環(huán)境介質(zhì)包括土壤、苔蘚、植物組織、冰雪、降水和大氣顆粒物等。Bacardit等調(diào)查了比利牛斯山中部的低海拔地區(qū)土壤中As的分布，發(fā)現(xiàn)巖石風(fēng)化是土壤中As濃度較高的主要原因[40]。Fu等針對貢嘎山東坡土壤中Hg的濃度進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在1 800～2 200 m海拔范圍內(nèi)Hg濃度最高[41]。苔蘚沒有真正意義上的根，賦存的微量金屬幾乎都來自大氣，能很好地反映來自大氣沉降的微量金屬的空間分布狀況。Gerdol等指出阿爾卑斯山南段苔蘚中Pb、Ni、Mo等的濃度隨海拔升高而逐漸降低[42]。Shparyk等在烏克蘭喀爾巴阡山地區(qū)利用植物組織，發(fā)現(xiàn)樹木莖中Pb、Zn、Ni等元素濃度隨海拔增加而逐漸降低，并認(rèn)為人類活動是影響其空間分布的重要因素[43]。Kang等指出，珠穆朗瑪峰積雪中的Cd和Pb濃度沒有顯著的海拔差異，并認(rèn)為春季風(fēng)可能影響微量元素的空間分布[44]。以上研究表明：在高山生態(tài)系統(tǒng)中，微量元素在不同環(huán)境介質(zhì)中的賦存具有較大的空間異質(zhì)性，因此，需要根據(jù)當(dāng)?shù)?、區(qū)域乃至全球尺度下的氣候和人類活動等特征，采用多環(huán)境介質(zhì)分析，充分獲取微量元素在高山生態(tài)系統(tǒng)中的累積特征，探討影響微量元素時空分布的影響因素，最終揭示不同尺度上微量元素的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制。

2.1.2營養(yǎng)元素對植物和微生物生長發(fā)育的影響

在全球氣候變化背景下，學(xué)者廣泛關(guān)注C、N和S在生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)過程，不僅揭示了它們對氣候變化的反饋機(jī)制[45]，而且也強(qiáng)調(diào)了營養(yǎng)元素對山地生態(tài)系統(tǒng)的限制作用[4647]。近年來，山地生態(tài)系統(tǒng)中P的地球化學(xué)循環(huán)研究受到了廣泛關(guān)注。P與C、N不同，山地生態(tài)系統(tǒng)中，P的主要來源是巖石風(fēng)化，而大氣沉降對P的貢獻(xiàn)非常少。在山地土壤中，P存在多種賦存形態(tài)，不同P形態(tài)具有不同的生物可利用性，各賦存形態(tài)之間可以發(fā)生轉(zhuǎn)化。因此，山地生態(tài)系統(tǒng)中P的地球化學(xué)循環(huán)具有特殊性。

目前，仍需重視營養(yǎng)元素對山地生態(tài)系統(tǒng)的限制作用研究。一方面，要注重單一營養(yǎng)元素在山地生態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化過程，探討營養(yǎng)元素的質(zhì)量平衡關(guān)系；另一方面，應(yīng)強(qiáng)調(diào)所有營養(yǎng)元素的共同作用，根據(jù)化學(xué)計量學(xué)原理，建立適合山地生態(tài)系統(tǒng)自身特征C、N、P的固定比值（Redfield Ratio）。此外，仍需重視其他主要營養(yǎng)元素（如K、Ca、Mg等）的地球化學(xué)循環(huán)過程以及對生態(tài)系統(tǒng)的限制作用研究。微量營養(yǎng)元素（尤其是Cu、Zn等）地球化學(xué)循環(huán)與主要營養(yǎng)元素具有較大差異，一旦造成它們在生態(tài)系統(tǒng)中的虧損，可能會帶來比主要營養(yǎng)元素虧損更加嚴(yán)重的后果，尤其表現(xiàn)在生態(tài)修復(fù)手段上的欠缺。并且，仍需重視不同營養(yǎng)元素之間的相互作用或者相互競爭關(guān)系研究。許多針對農(nóng)田或者濕地生態(tài)系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，土壤微量營養(yǎng)元素之間以及主要營養(yǎng)元素與微量營養(yǎng)元素之間存在著競爭吸附的關(guān)系，從而導(dǎo)致某些元素在土壤中的保持存在差異。山地生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境條件比較復(fù)雜惡劣，營養(yǎng)元素在土壤中的保持受到多種因素控制，來自營養(yǎng)元素之間的影響需要引起重視。

2.1.3重金屬和持久性有機(jī)污染物的潛在生態(tài)危害

盡管有些重金屬元素（如Cu、Ni、Zn等）是植物生長所必需的微量營養(yǎng)元素，但當(dāng)其含量超過植物所需含量時，它們與其他重金屬元素（如Cd、Sb、Hg等）以及持久性有機(jī)污染物一樣會對生物體造成巨大危害。

在山地生態(tài)系統(tǒng)中，一方面要建立山地土壤、植被、水體和大氣重金屬及持久性有機(jī)污染物的背景水平，調(diào)查它們在土壤中的富集/虧損狀況，在不同空間尺度下采用多種方法（植物監(jiān)測、同位素地球化學(xué)示蹤等）判識污染物質(zhì)的傳輸路徑和來源；另一方面，加強(qiáng)重金屬和持久性有機(jī)污染物在山地生態(tài)系統(tǒng)中的保持能力研究，主要調(diào)查不同類型土壤對重金屬和持久性有機(jī)污染物的賦存能力，評價污染物對山地生態(tài)系統(tǒng)具有的潛在危害，預(yù)測污染物對下游生態(tài)系統(tǒng)可能造成的威脅，最終提供生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的有效措施；此外，關(guān)注人類活動影響下污染物在山地環(huán)境中的累積、遷移和轉(zhuǎn)化，定量區(qū)分人類活動的貢獻(xiàn)。

2.1.4山地復(fù)雜的理化和生物因素對物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化

物質(zhì)在山地生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)過程受到很多因素的影響。山地本身存在的氣候特征（高度差異而引起的溫度、降水差異）、地形（坡度、坡向等）、土壤類型、土壤屬性（發(fā)育程度、pH值、陽離子交換能力、有機(jī)物等）、植被類型、微生物作用以及大氣沉降等均對元素和污染物的遷移轉(zhuǎn)化起到重要作用[4852]。對于不同的海拔水平或者不同植被帶，了解控制物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化的主導(dǎo)因素，理解這些因素控制元素遷移轉(zhuǎn)化的機(jī)制，采取措施調(diào)控由主導(dǎo)因素發(fā)生變化而造成的生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，是山地表生地球化學(xué)循環(huán)研究的重點。

2.2山地生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)循環(huán)

2.2.1植物對控制物質(zhì)循環(huán)和山地生態(tài)系統(tǒng)演化以及人類生存環(huán)境的調(diào)節(jié)作用

山地生態(tài)系統(tǒng)中植物種類豐富，不同海拔上植被發(fā)育和演替狀況不同，從而對物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化具有不同的影響機(jī)制。首先，不同類型的植物對土壤中物質(zhì)的吸收不僅具有選擇性上的差異[53]，而且不同類型植物對物質(zhì)的吸收量和保存量也存在差異；其次，植物根區(qū)具有加速礦物風(fēng)化，加快元素釋放以及調(diào)節(jié)元素形態(tài)轉(zhuǎn)化等功能[5455]；再次，植被通過凋落物、根區(qū)分泌物等向土壤中歸還營養(yǎng)物質(zhì)[56]?？傊参镎{(diào)節(jié)著物質(zhì)的輸入、遷移、轉(zhuǎn)化、循環(huán)和輸出以及其與流域生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系。

因此，應(yīng)加強(qiáng)山地土壤植物界面研究。重點關(guān)注植物根區(qū)礦物風(fēng)化、元素釋放遷移以及形態(tài)轉(zhuǎn)化的生物地球化學(xué)作用，采用同位素組成和通量等手段定量獲取物質(zhì)在土壤植物間的轉(zhuǎn)換量；另一方面，注重土壤植被系統(tǒng)中C、N、P、S以及其他金屬礦物養(yǎng)分的分布和遷移轉(zhuǎn)化特征，調(diào)查其在植物不同組織中的累積和分配；此外，結(jié)合質(zhì)量平衡、植物監(jiān)測（如苔蘚示蹤大氣沉降）和同位素地球化學(xué)示蹤等手段，探討污染元素或者有機(jī)污染物在土壤植被系統(tǒng)中的生物地球化學(xué)行為，評價有害物質(zhì)對山地植被的潛在危害。

2.2.2微生物在山地物質(zhì)循環(huán)過程的轉(zhuǎn)換作用

在山地生態(tài)系統(tǒng)土壤演化過程中，微生物發(fā)揮著重要作用，主要體現(xiàn)在分解土壤有機(jī)質(zhì)，吸收、固定和釋放養(yǎng)分，通過共生關(guān)系促進(jìn)植物生長以及污染物的治理等[37，5758]。

目前，在山地生態(tài)系統(tǒng)中，學(xué)者們對在不同海拔梯度下微生物的種群結(jié)構(gòu)、數(shù)量以及分布特征，微生物對營養(yǎng)元素在土壤植物界面上的生物地球化學(xué)循環(huán)作用以及微生物對污染物質(zhì)的降解等方面開展了較多的研究工作，但是仍要重點關(guān)注：①山地生態(tài)系統(tǒng)中與微生物有關(guān)的營養(yǎng)元素循環(huán)過程中輸入輸出總量、通量、周轉(zhuǎn)速率和分配比例研究；②不同時空尺度上微生物對物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化的影響以及其關(guān)聯(lián)性研究；③從單一微生物單影響因素對營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)到多種微生物、多因素共同作用下營養(yǎng)物質(zhì)的地球化學(xué)循環(huán)機(jī)理的擴(kuò)展以及與其他元素的耦合機(jī)理研究；④在山地復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境下微生物對物質(zhì)的生物地球化學(xué)循環(huán)過程的影響研究。

3結(jié)語

山地生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最為重要、敏感且復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)之一。山地表生地球化學(xué)關(guān)系到碳循環(huán)、水循環(huán)、營養(yǎng)鹽循環(huán)及流失、水土流失、污染物遷移轉(zhuǎn)化和歸趨、植被垂直帶譜形成、森林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育與穩(wěn)定、石漠化—荒漠化等山區(qū)生態(tài)與環(huán)境問題，關(guān)系到山區(qū)經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展。因此，開展山地表生地球化學(xué)循環(huán)研究應(yīng)將全球氣候變化、大氣、水體、土壤、生物等有機(jī)結(jié)合，從初期的單一研究單元著手積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，到后期的多單元、多因素研究的整合，通過長期的野外監(jiān)測、室內(nèi)分析工作，最終建立適合山地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)地球化學(xué)循環(huán)模型，預(yù)測將來全球氣候變化和人類活動影響下山地生態(tài)環(huán)境的發(fā)展趨勢及能帶來的潛在影響，這對山地生態(tài)環(huán)境安全以及山區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。參考文獻(xiàn)：

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