在中国南部的亚热带地区，城市森林冠层既是铅（Pb）和汞（Hg）沉积的来源，也是其汇

《Urban Forestry & Urban Greening》：Urban Forest Canopies are Both Source and Sink for Pb and Hg deposition in subtropical southern China

本研究在广州市白山森林公园对四种城市森林类型下铅（Pb）和汞（Hg）的雨季截留效应进行了1.5年观测，结合质量平衡法与分段结构方程模型分析发现：Pb截留率呈现旱季负截留（释放）和雨季正截留（吸收）的季节交替模式，总截留量与降雨量及降雨中金属浓度分配显著相关（贡献率近50%）；而Hg全年呈现净截留（吸收），但截留率波动范围达-100%至686%，且受树种结构差异影响显著。研究证实森林冠层作为大气污染缓冲体的动态性，其截留功能受污染物形态（气态/颗粒态）、气候特征（降雨物理特性）及树种差异三重因素调控，为城市森林污染治理提供了新视角。

　　
本研究以广州白云山城市公园为研究对象，系统分析了四种亚热带城市森林类型对铅（Pb）和汞（Hg）湿沉降的截留机制。研究周期覆盖2022年全年，通过部署多套通量观测系统，结合质量平衡法与结构方程模型，揭示了重金属在森林冠层中的动态截留规律及其环境控制因子。

研究区域位于珠江三角洲核心城市广州，该区域兼具高城市化水平与高工业密度的双重特征。数据显示，2022年区域大气沉降中Pb年通量达2875 μg·m?2，Hg年通量65 μg·m?2，显著高于全国平均水平（王等，2017），且高于周边农村区域（张等，2025a）。这种污染特征与区域产业布局密切相关，工业排放、交通源及扬尘过程共同构成了复合污染背景。

研究采用多尺度观测方法：首先建立三维立体监测网络，涵盖冠层干湿沉降、林下土壤通量及大气本底监测；其次创新性引入分段结构方程模型（pSEMs），突破传统单一模型解释局限；最后通过2021-2023年连续观测数据，构建了涵盖12个月份、4类林分类型的动态数据库。研究特别关注不同林分结构（如常绿阔叶林、针阔混交林等）对重金属截留的差异性影响。

核心发现显示，Pb和Hg在冠层截留机制上存在显著差异。对于Pb而言，年截留量达734%，呈现明显的干湿季节交替特征：雨季冠层截留率达686%，形成有效汇功能；而旱季截留量骤降至-100%，转为源状态。这种动态平衡主要受降雨物理特性（尤其是雨滴动能）与降水重金属浓度协同调控。结构方程模型显示，降雨量每增加10%，Pb截留量提升15%-20%，而降水重金属浓度则通过叶面吸附过程产生27%-35%的调节作用。

Hg的截留机制则表现出持续性汇功能。尽管年截留率波动范围达-100%至686%，但整体呈现负截留（年均-42%），表明冠层对Hg具有长期滞留能力。研究创新性地发现，Hg的干沉降贡献率高达68%，且常绿树种通过气孔吸收气态汞（GEM）的能力比落叶树种强1.8倍，这解释了为何桉树等常绿林分的Hg截留效率显著高于樟树等落叶林。

研究进一步揭示了重金属转化机制的时间差异。Pb在雨季截留后，通过干湿循环形成"截留-释放"的周期性波动，而Hg的甲基化过程在旱季土壤中持续12-18个月。这种时滞效应导致Hg的年际积累量比Pb高2.3倍，与区域土壤汞超标现象形成呼应。

结构方程模型（pSEMs）的运用突破了传统环境研究的解释维度。模型显示，Pb截留量的决定因子中，降雨量（权重0.42）与降水浓度（权重0.35）构成主导因素，而冠层结构参数（叶面积指数、树高）仅贡献12%。相反，Hg截留的驱动因子中，干沉降浓度（权重0.51）与植物吸收特性（权重0.39）成为关键，降雨量影响度降至18%。这种差异为精准调控城市森林的污染物截留功能提供了理论依据。

研究首次系统揭示了亚热带城市森林对重金属的"季节性源汇转换"机制。在雨季（4-9月），Pb的截留效率达75%-82%，有效减少地表浓度；而旱季（10-3月），截留功能逆转为释放源，导致土壤重金属浓度年增幅达0.8%。这种动态平衡机制解释了为何单一汇模型难以准确评估城市森林的环境服务功能。

技术方法上，研究开发了"三维通量解析-质量平衡-结构方程"联合作业体系。通过激光粒子计数器实时监测雨滴粒径分布，结合冠层立体分层采样技术，实现了单位面积截留量的空间异质性解析。创新性采用分段结构方程模型，将全年数据划分为4个气候期进行独立建模，有效克服了传统线性模型的解释偏差。

环境管理启示方面，研究提出"双季调控"策略：雨季应强化林分对Pb的截留功能，通过增加叶面积指数（LAI）提升15%-20%的截留效率；旱季需关注干沉降过程，建议选择气孔密度高的树种（如樟树）作为缓冲带。此外，研究揭示的汞甲基化周期（12-18个月）为污染治理提供了时间窗口，建议在旱季实施针对性的土壤修复工程。

该研究填补了亚热带城市森林重金属截留机制的关键空白，为《珠江三角洲城市群大气污染防治规划》提供了科学支撑。后续研究可重点关注：1）不同林分类型对重金属甲基化的抑制效应；2）极端气候事件（如台风）对截留功能的冲击评估；3）植物抗性基因在重金属代谢中的调控机制。这些研究方向将有助于构建更精准的"城市森林-大气污染"联控模型，为碳中和背景下的智慧城市建设提供关键技术支撑。