近日，中国科大地球和空间科学学院朱仁斌教授课题组与美国加州大学伯克利分校Robert C. Rhew教授课题组合作，在南极苔原三氯甲烷产生与排放过程研究中取得新的进展。相关成果以“Chloroform (CHCl3) emissions fromcoastal Antarctic tundra”为题发表在国际地学著名期刊《Geophysical ResearchLetters》。

三氯甲烷（CHCl3）是大气中仅次于CH3Cl的氯的第二大自然载体，是对流层中氯的重要来源。它在对流层中平均生命周期约为149天，属于短寿命物质(VSLSs)，其进入平流层前大部分已被空气中OH自由基氧化。在过去很长一段时间内，学术界认为CHCl3对平流层臭氧的破坏能力有限，而不受《蒙特利尔议定书》的约束。然而，过去十年的观测表明，大气中CHCl3浓度一直在稳步增加，最高增幅可达每年6.3%。数值模拟研究结果显示，CHCl3等含卤素VSLSs对平流层臭氧的破坏作用可能被低估；大气中这些物质浓度的不断攀升已成为延缓平流层臭氧恢复的重要因素之一。因此，查明CHCl3来源途径并探究其环境效应尤为重要。

大气中CHCl3主要来源于自然生态系统（约占全球年排放量的50% ~ 90%）。近年来，受全球变暖和人类活动等因素的影响，自然源排放强度呈不断增加的趋势。南极无冰区苔原面积约7.2万平方公里，对气候变化的响应极为敏感；苔原也是企鹅、海豹等海洋动物的重要栖息地，这些动物的活动每年向苔原传输大量的有机质和海洋源氯素。目前，还尚未有研究探讨海洋动物活动影响下的南极苔原是否产生CHCl3，其排放过程如何响应气候变化及其环境影响等科学问题。

该论文首次对南极苔原-大气CHCl3交换通量进行了原位测量，并开展了一系列实验室模拟培养实验，评估结果显示：南极苔原每年向大气中排放约100吨CHCl3，是重要的CHCl3区域性排放源；企鹅活动促进了土壤微生物活动介导的CHCl3产生过程。

图1.（a）野外静态箱法测量的南极不同苔原区CHCl3通量；（b）实验室模拟培养测量的苔原土壤CHCl3排放速率。注：UTS：普通苔原土壤；SCS：海豹聚居区苔原土壤；PCS：企鹅聚居区苔原土壤；PLS：邻近企鹅聚居区苔原土壤；FPS：废弃企鹅聚居区苔原土壤。

热灭菌培养实验结果显示：南极苔原土壤在热灭菌处理后CHCl3排放速率接近于0，CHCl3的自然产生主要来自微生物参与的酶促生物过程。在高纯氮气无氧培养下，CHCl3排放速率显著被抑制，较有氧条件下降低了7-9倍，但两种条件下CHCl3产生速率存在较强的正相关性，指明CHCl3产生过程偏好于透气性较高的土壤环境。此外，温度梯度和冻融循环培养实验表明，温度升高和冻融循环过程显著影响苔原土壤CHCl3排放速率，低温冻结下苔原土壤CHCl3产生速率受到明显抑制，融化期CHCl3平均排放速率约是冻结期的3倍；在夏季自然平均温度条件下（约4℃）苔原土壤呈现最大的CHCl3排放速率。

综合分析表明南极苔原CHCl3源强响应于企鹅种群变化和南极变暖程度，并对当地大气CHCl3的组分浓度产生重要影响。该文研究结果对南极CHCl3自然产生机制及其环境效应提供了新的认识，对全球范围内土壤源CHCl3排放的评估提供了新的基础数据。

图2.（a）南极苔原土壤在不同温度下CHCl3排放速率；（b）连续三次冻融循环实验中苔原土壤CHCl3排放速率。注：冻结期温度为-12 ℃；融化期温度为4 ℃。

该论文第一作者是中国科大张婉颖博士和加州大学伯克利分校焦义博士，朱仁斌教授与Robert C. Rhew教授为共同通讯作者。该项工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院战略性先导科技专项以及科技部国家重点研发计划的资助。

文章链接: Zhang, W., Jiao, Y.,Zhu, R.*, Rhew, R. C.*, Sun, B., & Dai, H. (2021). Chloroform (CHCl3)emissions from coastal Antarctic tundra. Geophysical Research Letters, 48,e2021GL093811. https://doi.org/10.1029/2021GL093811.