地表關鍵帶是陸地生態系統中土壤圈及其與大氣圈、生物圈、水圈和巖石圈物質遷移和能量交換的交匯區域，被認為是21世紀基礎科學研究的重點區域。在國家自然科學基金支持下，成都山地所“山地生物地球化學”研究團隊在貢嘎山東坡海拔梯度上和冰川退縮跡地水平梯度上，開展了地表關鍵帶以磷和微量金屬元素為主的生物地球化學循環研究，取得了一系列新的進展。
土壤磷生物地球化學循環受溫度、降水、巖性、土壤性質、植被和微生物活動的共同影響。貢嘎山東坡完整的土壤與植被垂直帶譜是研究這一問題的“天然實驗室”。研究發現貢嘎山東坡海螺溝土壤總磷和有機磷濃度呈現明顯的垂直分帶特征，表層土壤生物有效磷呈“拋物線”型分布，在亞高山暗針葉林帶最高，在常綠闊葉林帶最低；原生礦物磷則呈現與生物有效磷相反的空間分布趨勢。土壤的CNP比未呈現顯著的空間差異，而低海拔地區的微生物CNP比顯著低于高海拔地區。土壤磷生物地球化學的空間分異特征主要受土壤pH、植被和降水的影響。在高海拔地區，溫度是控制土壤磷生物有效性的另一個重要因素。此外，研究還發現低海拔的常綠闊葉林可能受到磷限制的影響。
氣候變暖導致全球高山冰川退縮，在冰川堆積物上發育的土壤具有較為明確年齡，可用于揭示風化及成土過程，探討成土作用過程中營養元素和微量金屬元素地球化學行為等。基于貢嘎山冰川退縮跡地，利用連續提取法、XRD和水化學等方法，發現冰川退縮后的52年內，以碳酸鹽風化為主，52年后黑云母和角閃石等硅酸鹽礦物開始強烈風化。結果表明，良好的水熱條件和快速發育的植被極大地促進了風化作用的進行。與暴露時間相近的其它冰川退縮跡地相比，貢嘎山海螺溝冰川退縮跡地土壤發育和有機質積累速率更快，土壤酸化過程更迅速。大量有機質對重金屬鎘、鉛和鋅的吸附和絡合作用對這幾種重金屬在土壤中的遷移和轉化具有重要影響。由于強烈的風化、快速發育的植被的吸收和較強的淋溶作用，導致該冰川序列土壤表層磷流失速率較快，在120年樣點，表層磷庫降低了約17.6%。
貢嘎山東坡湖泊沉積物研究揭示了過去100多年以來研究區鎘、鉛和鋅的累積過程。結果顯示，自上世紀90年代中期以來，沉積物中重金屬主要來自于人類活動的排放；其中，鉛的污染歷史（自20世紀50年代）早于鎘和鋅的污染，這些重金屬很可能來自于中國西南地區和南亞地區；研究同時指出，限制區域重金屬的排放以及污染的協同治理仍然是未來一段時期內控制重金屬污染的主要手段。
上述成果表明，山地是地表關鍵帶研究的理想區域，具有在有限空間內開展不同土壤發育程度、氣候和植被類型條件下養分元素生物地球化學循環的空間分異、過程及驅動機制研究的優勢；山地地表關鍵帶磷及微量金屬的生物地球化學循環對山地系統本身及其下游的生態和環境安全會產生重要影響。
相關研究成果已分別發表于Catena、Journal of Soils and Sediments、Geoderma、Environmental Science and Pollution Research、PeerJ、Chemosphere等期刊。
原文鏈接地址：
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0341816216300844
www.live.springer.com/article/10.1007/s11368-015-1200-9
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706115301750
https://peerj.com/articles/1377/
http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11356-015-5592-2