森林采伐对北方河流食物网中汞的生物累积和生物放大的时间和区域影响

《Environmental Research》：Temporal and Regional Effects of Forest Harvesting on Mercury Bioaccumulation and Biomagnification in Boreal Stream Food Webs

本研究量化了森林砍伐对北极地区溪流水汞动态和生物放大的时空影响。通过2019-2021年对5条头溪流（含砍伐与对照）和2021年扩展至7条溪流的采样，发现砍伐后受影响溪流（78%流域面积砍伐，3米缓冲区）水体及部分消费者甲基汞浓度升高，但生物放大倍数（TMS）无显著变化。区域分析表明，砍伐区食物源和初级/次级消费者甲基汞浓度显著高于未砍伐区，但鱼群总汞浓度无差异。结论指出缓冲区宽度、砍伐面积及地形扰动是影响汞风险的关键因素，需优化管理措施以减少生态影响。

　　森林砍伐对苔原森林中的汞（Hg）动态有着显著影响，特别是在水体和水生食物网中。这项研究探讨了森林砍伐对汞生物累积和生物放大在时间上的影响，以及在不同区域的影响。研究的主要发现表明，森林砍伐增加了某些食物网组成部分中的汞浓度，这种影响的程度取决于所采用的管理实践以及砍伐的面积比例。此外，研究还发现，尽管汞在鱼类中的浓度在某些情况下有所上升，但总体而言，汞的生物放大过程并没有发生显著变化。

### 汞在森林砍伐后的动态变化

研究结果表明，森林砍伐后，某些水生生物如一些捕食性无脊椎动物和鱼类中的汞浓度显著增加。特别是在一个受到严重砍伐影响的水体（CF3，其流域被砍伐了78%，并且有河流穿越和狭窄的缓冲区）中，水体中的甲基汞（MeHg）浓度和鱼类中的总汞（[THg]）浓度均有所上升。这可能是由于砍伐导致土壤扰动和水体中的有机质（OM）增加，从而促进了汞的转化和迁移。然而，在采用更严格管理实践的水体（如较宽的缓冲区和避免湿土区域砍伐）中，没有观察到显著的汞浓度变化。这表明，森林砍伐对汞的影响在很大程度上取决于具体的管理措施和砍伐的程度。

### 砍伐对水体化学的影响

研究还发现，森林砍伐对水体中的化学参数如溶解有机碳（[DOC]）和甲基汞浓度（[MeHg]）有显著影响。在最受影响的水体（CF3）中，甲基汞浓度和[DOC]在砍伐期间和之后显著增加，而在其他参考水体中，这些变化则相对较小。这种差异可能与砍伐区域的土壤类型、水文连通性和管理实践有关。例如，CF3流域的土壤扰动和流经水体的机械设备导致了更多的甲基汞和有机质进入水体，而其他流域由于有更宽的缓冲区，这种影响被减弱了。

### 砍伐对生物汞浓度的影响

在生物汞浓度方面，研究发现，砍伐区域的无脊椎动物和鱼类的汞浓度显著高于未砍伐区域。这可能是因为砍伐增加了无脊椎动物对甲基汞的暴露，尤其是在捕食性无脊椎动物和鱼类中。然而，鱼类中的总汞浓度并未显示出显著的区域差异，这可能是因为鱼类具有较长的生命周期，能够稀释汞浓度。此外，由于不同水体的鱼类种类不同，其汞浓度可能受到饮食偏好、生长速度和生理特征的影响。

### 砍伐对汞生物放大过程的影响

研究还探讨了森林砍伐对汞生物放大过程的影响。通过将汞浓度与稳定氮同位素（δ¹⁵N）进行回归分析，计算了食物网中的汞生物放大斜率（TMS）。结果表明，虽然在某些砍伐区域的TMS有所变化，但总体而言，汞的生物放大过程并未受到显著影响。这可能是因为虽然汞的输入增加了，但生物放大率的变化较小。此外，某些水体的TMS在砍伐后出现上升，这可能与水体中汞的生物可利用性增加有关。

### 管理实践的重要性

研究强调了森林管理实践对汞浓度和生物放大过程的重要性。较宽的缓冲区和避免湿土区域砍伐的措施可以有效减少汞的输入和生物放大。然而，在某些情况下，由于缓冲区较窄，汞的输入和生物放大可能会显著增加。因此，森林管理者应采取最佳管理实践（BMPs），如维持足够的缓冲区、避免在水体中使用重型机械、以及减少砍伐的面积比例，以减少对水体汞动态的负面影响。

### 结论

总体而言，研究结果表明，森林砍伐在某些情况下会增加水体和生物体中的汞浓度，特别是当砍伐区域靠近水体且缓冲区较窄时。此外，汞的生物放大过程在某些情况下可能会受到影响，但总体上没有显著变化。这些发现对于制定有效的森林管理策略和保护水体汞动态具有重要意义。通过采用更严格的管理实践，可以减少森林砍伐对水体汞浓度和生物放大过程的负面影响，从而保护水生生态系统和人类健康。