Using Mercury Stable Isotopes to Quantify Directional Soil–Atmosphere Hg(0) Exchanges in Rice Paddy Ecosystems: Implications for Hg(0) Emissions to the Atmosphere from Land Surfaces

环境化学 Mercury(编程语言) 非生物成分 土壤水分 大气(单位) 陆地生态系统 生态系统 环境科学 化学 生物地球化学循环 土壤科学 生态学 物理 计算机科学 生物 程序设计语言 热力学
作者
Kun Zhang,Qiang Pu,Jiang Liu,Zhiwei Hao,Lijuan Zhang,Leiming Zhang,Xuewu Fu,Bo Meng,Xinbin Feng
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (25): 11053-11062
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c02143
摘要

Gaseous elemental mercury [Hg(0)] emissions from soils constitute a large fraction of global total Hg(0) emissions. Existing studies do not distinguish biotic- and abiotic-mediated emissions and focus only on photoreduction mediated emissions, resulting in an underestimation of soil Hg(0) emissions into the atmosphere. In this study, directional mercury (Hg) reduction pathways in paddy soils were identified using Hg isotopes. Results showed significantly different isotopic compositions of Hg(0) between those produced from photoreduction (δ202Hg = −0.80 ± 0.67‰, Δ199Hg = −0.38 ± 0.18‰), microbial reduction (δ202Hg = −2.18 ± 0.25‰, Δ199Hg = 0.29 ± 0.38‰), and abiotic dark reduction (δ202Hg = −2.31 ± 0.25‰, Δ199Hg = 0.50 ± 0.22‰). Hg(0) exchange fluxes between the atmosphere and the paddy soils were dominated by emissions, with the average flux ranging from 2.2 ± 5.7 to 16.8 ± 21.7 ng m–2 h–1 during different sampling periods. Using an isotopic signature-based ternary mixing model, we revealed that photoreduction is the most important contributor to Hg(0) emissions from paddy soils. Albeit lower, microbial and abiotic dark reduction contributed up to 36 ± 22 and 25 ± 15%, respectively, to Hg(0) emissions on the 110th day. These novel findings can help improve future estimation of soil Hg(0) emissions from rice paddy ecosystems, which involve complex biotic-, abiotic-, and photoreduction processes.

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