文章来源：成都山地灾害与环境研究所
地表关键带是陆地生态系统中土壤圈及其与大气圈、生物圈、水圈和岩石圈物质迁移和能量交换的交汇区域，被认为是21世纪基础科学研究的重点区域。在国家自然科学基金支持下，中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所“山地生物地球化学”研究团队在贡嘎山东坡海拔梯度上和冰川退缩迹地水平梯度上，开展了地表关键带以磷和微量金属元素为主的生物地球化学循环研究，取得了一系列新的进展。
土壤磷生物地球化学循环受温度、降水、岩性、土壤性质、植被和微生物活动的共同影响。贡嘎山东坡完整的土壤与植被垂直带谱是研究这一问题的“天然实验室”。研究发现贡嘎山东坡海螺沟土壤总磷和有机磷浓度呈现明显的垂直分带特征，表层土壤生物有效磷呈“抛物线”型分布，在亚高山暗针叶林带最高，在常绿阔叶林带最低；原生矿物磷则呈现与生物有效磷相反的空间分布趋势。土壤的CNP比未呈现显著的空间差异，而低海拔地区的微生物CNP比显著低于高海拔地区。土壤磷生物地球化学的空间分异特征主要受土壤pH、植被和降水的影响。在高海拔地区，温度是控制土壤磷生物有效性的另一个重要因素。此外，研究还发现低海拔的常绿阔叶林可能受到磷限制的影响。
气候变暖导致全球高山冰川退缩，在冰川堆积物上发育的土壤具有较为明确年龄，可用于揭示风化及成土过程，探讨成土作用过程中营养元素和微量金属元素地球化学行为等。基于贡嘎山冰川退缩迹地，利用连续提取法、XRD和水化学等方法，发现冰川退缩后的52年内，以碳酸盐风化为主，52年后黑云母和角闪石等硅酸盐矿物开始强烈风化。结果表明，良好的水热条件和快速发育的植被极大地促进了风化作用的进行。与暴露时间相近的其它冰川退缩迹地相比，贡嘎山海螺沟冰川退缩迹地土壤发育和有机质积累速率更快，土壤酸化过程更迅速。大量有机质对重金属镉、铅和锌的吸附和络合作用对这几种重金属在土壤中的迁移和转化具有重要影响。由于强烈的风化、快速发育的植被的吸收和较强的淋溶作用，导致该冰川序列土壤表层磷流失速率较快，在120年样点，表层磷库降低了约17.6%。
贡嘎山东坡湖泊沉积物研究揭示了过去100多年以来研究区镉、铅和锌的累积过程。结果显示，自上世纪90年代中期以来，沉积物中重金属主要来自于人类活动的排放；其中，铅的污染历史（自20世纪50年代）早于镉和锌的污染，这些重金属很可能来自于中国西南地区和南亚地区；研究同时指出，限制区域重金属的排放以及污染的协同治理仍然是未来一段时期内控制重金属污染的主要手段。
上述成果表明，山地是地表关键带研究的理想区域，具有在有限空间内开展不同土壤发育程度、气候和植被类型条件下养分元素生物地球化学循环的空间分异、过程及驱动机制研究的优势；山地地表关键带磷及微量金属的生物地球化学循环对山地系统本身及其下游的生态和环境安全会产生重要影响。
相关研究成果已分别发表于Catena、Journal of Soils and Sediments、Geoderma、Environmental Science and Pollution Research、PeerJ、Chemosphere 等期刊。
