欧洲山区硫酸盐淋溶对沉降输入的响应：从历史酸化到现代气候驱动的硫循环转变

本文综述了中欧山区湖泊硫酸盐（SO42?）浓度对硫（S）排放削减的响应机制，揭示了土壤从硫汇向硫源的转变过程，并强调未来气候变化将通过微生物氧化作用（microbial oxidation）主导硫循环动态。

　　

亮点

湖泊及其流域

波西米亚与巴伐利亚森林（BF）地区位于捷克-德国-奥地利边境。该区域存在八个曾受冰川作用的湖泊（冰斗湖），海拔介于918至1096米之间（详见补充材料图SM-1和表SM-1）。流域面积与湖泊面积比值范围为7至48，水体滞留时间为0.03至2.0年。基岩由结晶岩和变质岩（云母片岩、片麻岩及花岗岩）构成（Vesely, 1994）。其流域主要被云杉林覆盖（占比72%至100%），林下土壤为贫瘠的有机质层（厚度<10厘米）覆盖于较厚的矿物层（深度>1米）之上。土壤类型以灰化土和潜育土为主（Vesely, 1994）。塔特拉山脉（TM）位于斯洛伐克-波兰边境，由十一个冰川湖（海拔1494至2143米）组成，其流域面积与湖泊面积比值为1.3至34.6，水体滞留时间为0.14至1.6年（详见表SM-1）。基岩主要为花岗岩和变质沉积岩。这些湖泊的流域植被覆盖包括高山草甸（占比35%至100%）、矮松及石南灌丛（0%至65%），土壤层浅薄（深度<30厘米）且以有机质贫乏的原始土为主。

中欧山区SO₂排放与SO₄^2?沉降趋势

中欧地区的SO₂排放速率从1850年代至1950年代缓慢增长，随后加速上升，分别在1980年代初达到峰值（中欧地区约270 mmol·m^?2·yr^?1，捷克-斯洛伐克地区约380 mmol·m^?2·yr^?1）（图2A）。捷克-斯洛伐克地区较高的SO₂排放主要源于其能源生产主要燃料——褐煤的高硫含量（Kopá?ek和Vesely, 2005）。SO₂排放的下降始于1990年，即捷克-斯洛伐克联邦解体后立即启动，并持续至2020年代早期。在此期间，捷克-斯洛伐克和中欧地区的SO₂排放量分别下降了97%和94%，至2020年代早期降至10–12和15–17 mmol·m^?2·yr^?1（图2A）。值得注意的是，捷克-斯洛伐克地区经历了全球最剧烈的SO₂排放下降（除萨德伯里地区外；Keller等, 2001）。

结论

我们分析了1930年代至2024年间中欧山区（波西米亚与巴伐利亚森林及塔特拉山脉）八个森林湖泊和十个高山湖泊中SO₄^2?浓度的变化趋势，并结合重建的1850–2024年区域SO₂排放和SO₄^2?沉降变化。自1980年代中期以来，SO₂排放量在2020年代早期下降了超过97%。SO₄^2?沉降速率已降至19世纪中叶的水平。这一下降与山区湖泊从酸化状态显著恢复的过程同步。