第七届青年地学论坛

作为我国当前面临的严峻环境问题之一，重金属通过人类活动和岩石风化释放到土壤中，最终通过食物链危害人类健康。在这一过程中，土壤重金属的源解析（源示踪和源量化）是土壤环境治理的首要步骤。近年来，多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICPMS）技术的快速发展，高精度金属稳定同位素在环境源解析方面具有重要潜力。与传统方法（主要指多元统计方法和基于GIS的方法）相比，金属稳定同位素溯源具有以下优点：1）样品量少，数据分析简单；2）既可解析点源污染也适用于面源污染；3）能更精细地约束污染源；4）可定量化污染源的相对贡献。金属稳定同位素源解析的成功依赖于两个先决条件：1）源具有特异的同位素指纹特征；2）同位素具有保守性。然而，自然环境的复杂性会导致潜在元同位素特征的多解析；此外，生物地球化学过程可能造成同位素分馏，也会干扰同位素信号的解释，从而降低单一金属稳定同位素源解析的有效性。
我们提出采取辅助手段来约束金属稳定同位素信息，从而提高污染源解析的定量化和准确度。本研究结合锌稳定同位素、扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）谱学和铅放射性成因同位素，成功解析了我国西南喀斯特地区的某一铅锌矿区附近土壤中锌的来源。研究表明，研究区土壤均存在锌污染，且矿山附近污染尤其严重，锌的富集系数最高可达105。锌同位素表明该污染具有二元特性，即矿石输入端元和风化输入端元。闪锌矿和黄铁矿通过灌溉水渠可以扩散3km左右的距离。EXAFS表明部分闪锌矿会向水锌矿转化，但该过程中锌同位素保守，说明锌同位素在示踪铅锌矿污染方面具有巨大潜力。但是，结合铅同位素发现，碳酸盐的风化成壤会导致明显的锌同位素分馏，需要在源解析中进行扣除。使用扣除风化成壤影响的背景土壤和矿石作为端元，利用锌同位素质量平衡发现，采矿活动对矿山附近3km范围内的表土（20cm）锌贡献率超过80%，随横向距离和纵深距离的增大而逐渐减少。
本研究创新性地将锌稳定同位素与EXAFS和铅放射性同位素相结合，揭示了单一金属稳定同位素示踪的局限，发现了金属稳定同位素联合示踪的优势，为复杂源的解析提供了方法学参考。
 

源解析，锌同位素，EXAFS，铅同位素