贵州省典型点源、面源镉污染区镉的同位素特征及其来源示踪

Cadmium (Cd) isotopes have been recently developed as a new proxy to trace Cd released by nature and anthropogenic emissions. But this application requires clear understanding the characteristics of Cd isotope variations from primary sources to the final products.This project selected the typical point and non-point source pollution areas of Cd in Guizhou Province as our study areas to investigate the systematic patterns of Cd and Pb isotope composition. Cadmium isotopic composition in various geological endmembers will be determined with a high precision Cd isotope double spike (111Cd+113Cd) technique on a high resolution MC-ICP-MS, and Lead will be measured using Tl as elemental doping. Sequentially chemical extraction will be used to reveal the controlling factors of Cd isotope in samples from soils and their profiles based on Cd association or speciation. According to the characteristics of Cd and Pb isotope variations in typical point source pollution areas of Cd, combined with the systematic patterns of Cd and Pb isotope composition in the typical non-point source pollution areas, the mixing model of Cd isotopes, both Cd and Pb will be set up for identifying the primary source of Cd, and the probable transported pathway and the contributions from different endmembers. These results will enrich the theory of isotope geochemistry of cadmium, extend its application in the field of environmental geochemistry, and provide critical information for the central and local government to take measures to reduce the pollution of toxic heavy metals.

镉同位素已发展成为指示自然源与人为源镉的有效指标，其应用前必须厘定初始地质端元与迁移过程中镉同位素的组成变化。本项目以贵州省典型点源、面源镉污染区为研究对象，利用高分辨MC-ICP-MS、高精度镉同位素双稀释剂技术分析，调查典型点源、面源镉污染区内各个地质或环境端元中镉、铅同位素变化的特征；利用化学连续提取技术，查明镉污染区土壤及其剖面中Cd同位素组成变化的控制因素，并以点源镉污染区Cd、Pb同位素变化特征为基础，结合面源镉污染区Cd、Pb同位素的变化，构建Cd同位素、Cd和Pb二元同位素的混合模型，系统解析面源镉污染区Cd的来源、可能的地球化学传输途径及其端元的贡献份额。该研究将丰富镉的同位素地球化学理论，拓展其在环境地球化学研究中的应用，并为国家和地方政府制定有毒重金属的防污减排措施提供科学依据。

镉同位素已发展成为指示自然源与人为源镉的有效指标，但其应用时必须厘定初始地质或环境端元与迁移过程中镉同位素的组成变化，这种属性限制了镉同位素示踪体系的广泛应用。本项目以贵州省典型点源、面源镉污染区为研究对象，通过改进的膜去溶干法进样系统，建立了更具通用性的高灵敏度高精度镉同位素双稀释剂分析方法(≤0.07‰,2SD)，分析了国内外地质标样的Cd同位素组成，公布了国内外41个标样的δ114/110Cd值和给出了8个常用标样的推荐值。基于建立的分析方法，系统地进行了贵州典型Cd污染点源赫章铅锌冶炼矿区和天柱大河边重晶石矿区的Cd、Pb同位素研究，矿业冶炼残渣与冶炼飞灰和产物之间的Cd同位素分馏趋势与文献报道的趋势相同，但前者土壤δ114/110Cd值变化范围为-0.163~-0.412‰，后者仅为-0.042‰和-0.030‰，两地土壤δ114/110Cd存在明显差异。结合Pb同位素，结果表明两地均存在除了矿业活动污染源之外的源，即要么是背景的风化岩石或土壤，要么是两者混合的飘尘或扬尘。对面源如铜仁万山、六盘水盘县以及开阳、织金等地研究的过程中，发现土壤Cd含量的空间分布趋势基本与出露的地层分布相吻合，苔藓Cd含量亦体现出相同的趋势，但两者间的δ114/110Cd值存在差异，主要表现在土壤的δ114/110Cd值偏轻，而苔藓的普遍略微偏重(整体变化范围为-0.478‰~0.197‰)。在以点源为中心的辐射采样研究中，发现人为活动如冶炼等产生的Cd污染传输距离有限，Pb同位素也体现出相似的规律。苔藓δ114/110Cd与原地土壤和降尘间呈现系统性的∆114/110Cd值，表明苔藓似乎不能有效示踪大气干湿沉降物中的Cd、Pb来源。点源和面源Cd和Pb同位素的研究表明，单独应用Cd同位素来示踪其来源的能力有限，结合Pb同位素时才能更为有效。上述认识为系统解析面源镉污染区Cd的来源、可能的地球化学传输途径及其端元贡献份额的估算奠定了基础，丰富了镉同位素的地球化学理论认识，提出环境地球化学研究中应用Cd同位素示踪其来源时应当慎之又慎。