应用锑稳定同位素揭示土壤中锑的来源与垂向迁移

应用锑稳定同位素揭示土壤中锑的来源与垂向迁移

锑（Sb）是一种具有潜在致癌风险的全球性污染物，土壤锑污染问题日益引起关注。中国科学院地球化学研究所的研究团队采用锑稳定同位素技术，对贵州晴隆和甘肃西和两处废弃锑冶炼厂土壤剖面进行了系统研究，揭示了土壤中锑的来源与迁移机制，为土壤锑污染的精准防控提供了科学依据。

锑（Sb）是一种广泛存在的具有潜在致癌风险的全球性污染物。锑工业活动导致的土壤锑污染现象在全球范围内普遍存在，并引发多个国家和地区的关注。准确识别土壤锑污染的来源和深入了解锑在土壤的地球化学行为，是有效预防和控制土壤锑污染的关键。在传统污染源解析和迁移示踪手段存在局限性的背景下，锑稳定同位素技术快速发展，为揭示锑的污染来源以及在土壤中的地球化学行为提供了新的契机。本研究利用锑稳定同位素技术，以贵州晴隆和甘肃西和两处废弃锑冶炼厂及其周边为研究区，对两种污染情景下的土壤剖面进行分析，目的是填补土壤中锑迁移行为方面的空白，为土壤锑污染的精准防控提供科学依据。

主要研究发现

（1）典型锑污染区的表层土壤锑污染严重，靠近含锑废渣堆的大厂剖面的表层土壤锑主要来源于含锑废渣和扬尘再沉降（69.4%）；远离废渣堆的张庄和高岭剖面的表层土壤锑主要来源于大气干沉降（41.656.3%）、湿沉降（19.632.7%）和凋落物（0~17.8%）。

（2）中层土壤锑的富集与上层土壤的解吸附作用及含锑土壤溶液向下迁移有关，铁矿物（针铁矿、赤铁矿）、锰（氢）氧化物和有机质的吸附作用是限制锑垂向迁移的关键因素。

（3）深层土壤锑主要源于母岩风化和地下水，次生矿物吸附和含锑地下水浸泡利于锑在深层土壤中富集。

研究意义

（1）量化了表层土壤锑污染来源与贡献份额，为精准定位污染源提供了科学依据，有助于制定防控策略，减少锑污染对环境和人类健康的潜在风险；

（2）利用锑稳定同位素技术反演了锑的迁移过程与控制因素，发现有机质、铁矿物和锰（氢）氧化物的吸附作用在控制土壤锑迁移中起着关键作用，这一创新方法为未来的环境科学研究提供了新的视角和工具，有助于更精确地追踪污染物的来源和归趋；

（3）通过对典型土壤剖面的对比与总结，从锑同位素角度为土壤中锑的来源和迁移提供了新的认识，为土壤锑污染的防控与修复提供了有力的科学依据和实践指导。

研究区域与采样示意图

图1. 研究区地理位置和采样示意图（a, 研究区地理位置; b, 甘肃西和废弃锑冶炼厂范围与张庄剖面位置; c, 贵州晴隆废弃锑冶炼厂与高岭剖面位置; d, 贵州晴隆废弃锑冶炼厂范围与大厂剖面位置）

土壤剖面中锑的地球化学循环

图2. 典型锑污染区土壤剖面中锑的地球化学循环示意图（数据表示为Mean±1SD）

这项研究得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划、贵州省科技支撑计划项目和贵州省科技重大专项的资助。