我国是世界上汞(Hg)的第一排放大国。人为源向大气的总Hg排放量约占全球总量的25-30％。大气Hg的质量平衡是当前研究我国环境Hg污染的关键问题之一。　　建立精确的Hg排放清单，是研究中国大气Hg质量平衡的基础。Hg的排放清单可分为人为源排放清单与自然源排放清单。我国人为源排放清单的研究相对较早，目前排放清单的精度也相对较高。而我国自然源排放清单的研究十分滞后，存在很大的不确定性。自然源排放清单的研究滞后，很大原因是因为对Hg在大气与地表间的交换过程及其机理缺乏充分的认识。森林系统占全球陆地总面积的31％，是全球生物地球化学循环最复杂的系统之一。然而，人们对森林系统在全球Hg循环中到底扮演了大气Hg“源”还是“汇”的角色，仍缺乏统一认识。　　目前森林系统自然源排放估算不确定性最大的地方表现在如下2个方面。首先是大气-树叶的通量交换的直接监测数据匮乏。因此，在模型研究中一般采用凋落物Hg沉降通量的数据代替。但凋落物Hg沉降通量的直接监测数据仍有限，这就要求需要进行更多的数据挖掘，构建全球或区域尺度的森林凋落物Hg沉降的空间分布，为模拟大气-叶片的Hg通量交换提供一个相对可靠的参考数据集。其次是大气-土壤Hg通量交换的化学动力学机制不明确。　　本博士论文将从森林系统出发，选择了以云南哀牢山的常绿阔叶林与青藏高原东侧针叶林为研究对象，通过充分认识森林系统Hg的生物地球化学过程（特别是凋落物Hg的沉降通量）后，建立全球与区域尺度的森林凋落物Hg沉降的空间分布数据集;基于对大气-土壤Hg通量交换的化学动力学机制的最新认识，构建符合实际过程、模拟结果吻合野外监测的自然源Hg排放模型，获得高精确的自然源排放清单;结合最新的人为源排放清单，进行中国大气Hg的质量平衡的评估。　　在云南哀牢山，以常绿阔叶林为研究对象，进行了为期7年的土壤Hg、3年的大气Hg干湿沉降通量及2年的凋落物降解的连续监测，结合中国境内上百个常绿阔叶林的生物量数据及凋落物Hg含量的数据，与近二十年来一百多个温带/北方森林站点Hg的研究数据进行对比分析。研究结果表明，哀牢山凋落物Hg的沉降通量为75.0±24.2μg m-2yr-1，可比欧美温带/北方森林的值高一个数量级。常绿阔叶林显著升高的凋落物生物量是其凋落物的Hg沉降通量显著高于温带/寒带森林系统的沉降量的主因。虽然我国背景区大气Hg浓度普遍高于欧美地区，但我国常绿阔叶林凋落物的Hg含量并没有显著高于欧美的温带/寒带的森林系统的凋落物Hg含量。这可能是因为常绿阔叶林叶片的气孔导度与叶片寿命的联合作用抵消了高大气Hg浓度的影响。哀牢山的Hg湿沉降通量为4.9±4.5μg m-2yr-1，低于欧美国家温带/北方森林的监测值。25个月的降解实验发现，外界环境的Hg继续被固定到凋落物降解残余物中。土壤有机层的Hg库显著高于温带/寒带的森林土壤Hg库。这些研究结果均表明，常绿阔叶林可能是一个显著的大气Hg汇。　　在青藏高原东部23个森林站点，利用Hg的天然同位素示踪技术，探究了青藏高原凋落物中Hg的源区及在土壤Hg累积的原因。研究表明青藏高原凋落物的Hg的浓度为32±12ng g-1，0-60cm土壤剖面的Hg库的均值为23±9mg m-2。奇数Hg同位素(△199Hg and△201Hg)的非质量分馏能够识别森林凋落物与土壤Hg的主要来源。在较低的海拔区域(3100-3600m)，局地人为源的影响使得凋落物中观测到了微微偏负的△199Hg(-0.12至-0.05‰)。然而，在较高的海拔区域(3700-4300m)，明显偏负的△199Hg(-0.38to-0.15‰)表明了此时凋落物中的Hg主要受长距离的传输的影响。森林表层土壤的△199Hg的均值为-0.19±0.12‰，这与凋落物的-0.18±0.09‰的△199Hg均值接近。同时，表层土壤的△199Hg与土壤有机质及森林的叶面积指数有着显著的相关关系。这些均表明凋落物Hg沉降是森林土壤超累积Hg的主要原因。此外，青藏高原凋落物的生物量主要受降雨与温度的控制。这表明温度与降雨对森林土壤Hg的累积有着明显的间接作用。　　在哀牢山与青藏高原的森林系统的研究基础上，通过荟萃分析(Meta analysis)收集了全球168个森林站点的Hg干湿沉降数据、858个森林站点的凋落物生物量的数据，结合全球树木总量及其生态群落的数据库，运用蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟方法构建了凋落物Hg沉降在全球1km分辨率的通量空间分布图。研究发现，全球年均Hg干沉降通量高达1180±710Mgyr-1，是当前通用的全球尺度GEO S-Chem模型估算结果的2倍多。从空间分布看，70％的凋落物Hg沉降发生在热带与亚热带的森林生态系统。对比最新估算的全球森林土壤150Mg yr-1Hg的排放量，显然森林系统是全球大气Hg0的重要汇。　　在基于对大气-土壤与叶片Hg通量交换的最新机理的认识及中国更新的土壤基础数据集基础上，重新构建了适合中国自然源的Hg排放模型，估算了中国自然源Hg的排放量。并且，第一次运用大量的实际监测数据对模型的模拟结果进行全面的优化与控制。中国地表自然源年均排放约465.1Mg yr-1Hg，其中556.5Mg yr-1Hg来自于土壤的排放，9.0Mg yr-1Hg来自于地表水体的排放，而植被吸收大气Hg，抵消了-100.4Mg yr-1Hg的排放。自然源Hg的排放与土地利用方式显著相关，约80％的Hg排放来自于草地与农田生态系统。对于农田系统，耕作方式是影响Hg排放的重要因素。水稻田在淹水条件是大气Hg的汇，年均吸收约3.3Mg yr-1Hg，而在旱田阶段是大气Hg的源。对于整个自然源Hg的排放，夏天排放了总量的51％，其次春天为28％，秋天为13％及冬天为8％。尽管在总排放量的数量级上，本研究的结果与Shetty et al.(2008)的研究没有明显的差异，但在空间分布上，二者却有着显著的差异。本研究的自然源排放清单的空间格局（中国中部与西部地区存在明显的Hg排放源）可能改变Lin et al.(2010b)关于中国大气Hg的质量平衡评估的认识。　　CMAQ（Community Multiscale Air Quality）模型结果表明，由于中国自然源Hg排放的空间分布与中国人为源排放清单中Hg2+的排放比例上升，使得当前大气Hg的质量平衡结果不同于Lin et al.，(2010)的评估结果。本研究中东亚由排放源导致的Hg输出为914Mg yr-1，显著低于Lin et al.，(2010)的评估结果(1369-1671Mg yr-1)。对于中国，大气Hg的总沉降为422Mg yr-1，其中干沉降278Mg yr-1。60-76％的沉降由国内的局地源所导致的。中国由排放源导致的输出为673Mg yr-1，其中53％来自于自然源排放输出。中国排放的Hg约30％-60％沉降在国内及其周边区域，其余排放的Hg输出到东亚区域外，可对全球背景地区的Hg的沉降贡献10-15％。