探究地球环境之谜

聚焦前沿，发展壮大

环境地球化学国家重点实验室具有悠久的发展历史，其前身为1974年正式组建的我国第一个环境地质研究机构：中国科学院地球化学研究所环境地质研究室。早在1968年，当地球化学环境思想处于启蒙时期，中国科学院地球化学研究所就率先开展了地方病区的地质环境调查和地球化学病因研究，提出的地球化学元素追踪法对环境调查和评价发挥了重要作用，为我国环境科学的崛起发挥了奠基作用;1972年继斯德哥尔摩《人类环境宣言》的发表，中国科学院地球化学研究所又开始了环境污染规律和环境质量研究，与有关单位一起开创性地主持了我国最早的大型环境科研项目——“北京西郊环境质量评价”和“京津渤地区污染规律和环境质量研究”，中国科学院地球化学研究所提出的地球化学环境分异的观点在区域环境研究中发挥了指导作用;进入20世纪80年代，全球变化问题的提出为环境地球化学的发展提供了新的研究空间，中国科学院地球化学研究所开拓了环境界面地球化学和环境记录研究新领域;通过上述工作，中国科学院地球化学研究所在我国建立和发展了环境地球化学这一学科。

1989年，原国家计委批准利用世界银行贷款在中国科学院地球化学研究所环境地质研究室的基础上组建环境地球化学国家重点实验室（以下简称“实验室”），实验室于1991年由中国科学院批准正式对国内外开放，1995年10月建成并通过国家验收。

实验室定位为基础和应用基础研究，围绕环境地球化学学科前沿领域和发展趋势，紧密结合国家在资源开发利用、生态环境保护和治理及人类健康服务等方面的重大需求，将地球科学、生命科学和环境科学融为一体，将当今的环境现象与地球历史的长期演化进行结合，将地球环境系统的自然演化与人为影响进行结合，探索自然作用和人类活动干扰下地球化学环境系统的变化规律，发展和完善环境地球化学理论体系，建成国际上有重要影响的环境地球化学研究基地。

多年来，实验室以地球化学理论和方法为主要研究手段，从地球环境的整体性和相互依存性出发，针对区域（特别是西南喀斯特地区）生态环境特点和全球环境变化问题，综合研究天然和人为过程释放的化学元素、同位素及化合物在地表各圈层（岩石圈-土壤圈-水圈-大气圈-生物圈）之间的迁移和转化规律，针对区域评估导致环境质量变化的自然和人为作用份额，形成了环境地球化学过程与环境质量变化、地质环境与人体健康、地球化学记录与环境和气候变化三大研究方向。

環境地球化学过程与环境质量变化方向主要研究地球表面各圈层之间的物质循环的生物地球化学过程及其生态和环境效应，揭示物质生物地球化学循环与生态环境变化之间的关系，为生态环境保护和治理决策提供科学依据。

地质环境与人体健康方向主要研究有害物质迁移、转化规律及其控制机理，揭示地球化学环境与人群健康的耦合关系，为人体健康风险评价和人体健康保护提供科学理论依据。

地球化学记录与环境和气候变化方向主要研究建立各种环境和气候变化的地球化学代用指标，揭示地球过去（尤其是全新世和过去2000年以来）的气候和环境变化及其与人类社会发展的关系。

根据实验室定位和研究方向，实验室在揭示物质生物地球化学循环与生态环境变化、地球化学环境与人体健康、地球过去气候和环境变化与人类社会发展等方面的耦合关系作出持续性的创新贡献，为生态环境保护、人类健康和社会可持续发展提供基础性、前瞻性的科学决策依据，成为我国环境地球化学研究和人才培养的基地，在环境地球化学理论研究、应用基础研究和人才培养方面取得不可替代的地位，成为国际著名环境地球化学研究中心之一。

突破创新，捷报频传

今年上半年，实验室在国际知名期刊上发表多篇科研成果。

针对喀斯特碳酸盐岩发育土壤中，碳主要以碳酸盐形式存在，微生物如何利用无机碳获取能量进行亚铁和砷氧化的过程仍不明确的问题，实验室课题组与广东省科学院生态环境与土壤研究所合作，利用稳定同位素核算探针技术（DNA-SIP）进一步研究了喀斯特稻田土壤微氧亚铁氧化过程中的碳固定机制及砷的转化规律。

研究表明，微氧型铁氧化菌驱动的亚铁氧化耦合碳固定过程不仅能增加土壤中有机碳含量，还能促进砷的氧化以及砷在铁氧化物表面的吸附作用，有效降低砷的作物可利用性。研究结果对于利用土壤铁循环提高土壤肥力及降低重金属污染风险具有重要的支撑作用。研究成果发表于环境科学重要期刊Environmental Science and Technology，并被遴选为封面论文。

针对目前居民无机汞暴露途径及贡献份额认识不够准确，制约着人体无机汞暴露的风险识别和风险防控的难题，实验室基于前期开发的低浓度样品汞富集及同位素测定方法，以贵州万山矿区、贵阳市区及长顺背景区居民作为研究对象，系统测定大气、食用食物（大米、鱼肉和蔬菜）和尿液汞含量和汞同位素组成，分析无机汞在人体代谢过程的分馏特征，以定量计算尿液汞的来源。结果表明，轻的汞同位素更易在肾脏富集并通过尿液排出。汞稳定同位素是研究人体无机汞的来源和新陈代谢过程的有力工具，不仅可以准确识别人体无机汞的暴露来源，而且为理解人体汞的新陈代谢过程提供独特视角。相关成果发表在环境科学领域1区期刊Environment Internationa。

针对人类活动向大气中排放大量的毒性重金属汞，而各种排放源对周边土壤汞的影响程度和污染贡献份额并不清楚的问题，实验室选取我国4个典型汞排放行业（汞矿开采、金矿开采、锌冶炼和燃煤发电），采用汞同位素示踪与受体模型（PMF和PCA/APCS）进行土壤汞的溯源研究。

结果表明，汞矿区、金矿区和锌冶炼区土壤汞污染较为严重，而燃煤电厂周边土壤汞略高于背景值，研究区域样品的汞同位素与汞含量存在显著差异。各排放源对其周边（方圆半径5km）土壤汞的贡献率分别是92.2%±9.70%（汞矿区），63.5%±0.83%（锌冶炼区），41.3%±1.90%（金矿区）和21.1%±3.58%（燃煤电厂）。

研究定量揭示了我国典型汞排放地区土壤汞的污染特征和污染来源，展现了汞同位素用于研究人为排放与土壤汞耦合的潜力，为我国土壤汞污染防控和修复提供重要科学依据。相关成果在环境科学领域1区期刊Journal of Cleaner Production上。

针对学术界对于方解石生长速率对方解石δ13C值的影响存在的巨大争议，刘再华研究员团队在研究中首次提出了水动力条件通过影响扩散边界层（DBL）厚度从而影响方解石的同位素和元素组成这一控制机理。该理论对于理解自然界和实验室方解石的同位素组成和元素比值有重要指示意义。研究成果近期发表在地学知名刊物Earth and Planetary Science Letters上。

此外，实验室课题组还在国际著名SCI期刊Earths Future上发表的研究论文则探讨了全球硅酸盐岩风化碳汇的空间分布及时间变化趋势，并预测了未来不同情景下的碳汇量级。该研究对于改进碳循环模型和评价硅酸盐岩碳汇有重要意义，并为全球碳汇交易的公平性提供了参考，从而为全球环境治理提供理论依据。

未来，实验室将继续依托中国科学院地球化学研究所这一广阔平台，突出和增强研究的前沿性，加大人才培养、学术交流力度，为环境地球化学研究作贡献。