重金屬在環(huán)境中的遷移和富集受長期人類活動的影響，大規(guī)模礦山開采造成的土壤重金屬污染是生態(tài)文明建設(shè)必須應(yīng)對的重要環(huán)境問題。土壤重金屬遷移轉(zhuǎn)化過程復(fù)雜，不僅受重金屬自身性質(zhì)的影響，還與遷移介質(zhì)環(huán)境條件密切相關(guān)。

為深入了解具有不同環(huán)境條件及地質(zhì)背景下礦區(qū)周邊農(nóng)田土壤重金屬的來源及遷移途徑，中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所研究員劉承帥課題組以地表性質(zhì)差異顯著的西南喀斯特和華南紅壤典型礦區(qū)為目標(biāo)區(qū)域，研究不同環(huán)境介質(zhì)的Zn穩(wěn)定同位素組成，并結(jié)合源識別模型，構(gòu)建基于金屬穩(wěn)定同位素分餾的農(nóng)田重金屬源解析定量化方法，定量解析喀斯特和紅壤礦區(qū)農(nóng)田土壤中Zn污染來源，明確兩個礦區(qū)Zn遷移途徑，為土壤重金屬污染源頭控制及遷移過程解析提供理論依據(jù)。

研究結(jié)果顯示，在西南喀斯特地區(qū)礦床開采過程中，硫的氧化轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的酸被大量碳酸鹽巖中和，導(dǎo)致礦區(qū)環(huán)境呈中性或弱堿性，重金屬遷移活性弱，礦區(qū)廢水對周圍農(nóng)田土壤造成的重金屬污染非常有限。Zn同位素組成和Zn含量的關(guān)系可以鑒別出農(nóng)田土壤的三個直接污染端元：尾礦、粉塵、自然土壤。端元混合模型定量計算結(jié)果表明，Zn污染主要來自地質(zhì)背景，平均貢獻(xiàn)為79.5%。粉塵是人為Zn污染的主要傳輸途徑，其平均貢獻(xiàn)為19.5%。

與喀斯特地區(qū)不同，華南紅壤礦區(qū)產(chǎn)生的酸性礦山廢水不易被地表物質(zhì)中和，重金屬遷移活性強(qiáng)，礦山廢水的污灌對周圍農(nóng)田土壤造成的污染非常顯著。Zn穩(wěn)定同位素組成和Zn含量的關(guān)系表明，采礦活動、農(nóng)業(yè)活動和母質(zhì)是土壤中Zn污染的三個主要來源。在污染嚴(yán)重的區(qū)域，土壤中的Zn同位素組成直接反映了礦冶和農(nóng)業(yè)活動的影響，而來源于母質(zhì)的Zn可忽略不計，這與高地質(zhì)背景的喀斯特地區(qū)形成鮮明對比。端元混合模型定量計算結(jié)果表明，采礦活動是該區(qū)域農(nóng)田土壤Zn污染的主要來源，平均貢獻(xiàn)率達(dá)66.2%。另外，與喀斯特地區(qū)粉塵傳播不同，紅壤礦區(qū)活動產(chǎn)生的Zn主要以鐵氧化物的形式通過地表徑流遷移到土壤中。

相關(guān)研究成果以Zinc isotope revealing zinc's sources and transport processes in karst region 和Using Zn isotopes to trace Zn sources and migration pathways in paddy soils around mining area 為題發(fā)表在環(huán)境科學(xué)期刊Science of the Total Environment 和Environmental Pollution 上。該研究由劉承帥及其博士生劉宇暉、夏亞飛、高庭與紐約城市大學(xué)教授王崢嶸合作完成，得到中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)項目、國家自然科學(xué)基金等項目的資助。

喀斯特礦區(qū)（左）和紅壤礦區(qū)Zn同位素組成與1/Zn關(guān)系圖