探究地球環境之謎
——環境地球化學國家重點實驗室

聚焦前沿，發展壯大

環境地球化學國家重點實驗室具有悠久的發展歷史，其前身為1974年正式組建的我國第一個環境地質研究機構：中國科學院地球化學研究所環境地質研究室。早在1968年，當地球化學環境思想處于啟蒙時期，中國科學院地球化學研究所就率先開展了地方病區的地質環境調查和地球化學病因研究，提出的地球化學元素追蹤法對環境調查和評價發揮了重要作用，為我國環境科學的崛起發揮了奠基作用；1972年繼斯德哥爾摩《人類環境宣言》的發表，中國科學院地球化學研究所又開始了環境污染規律和環境質量研究，與有關單位一起開創性地主持了我國最早的大型環境科研項目——“北京西郊環境質量評價”和“京津渤地區污染規律和環境質量研究”，中國科學院地球化學研究所提出的地球化學環境分異的觀點在區域環境研究中發揮了指導作用；進入20世紀80年代，全球變化問題的提出為環境地球化學的發展提供了新的研究空間，中國科學院地球化學研究所開拓了環境界面地球化學和環境記錄研究新領域；通過上述工作，中國科學院地球化學研究所在我國建立和發展了環境地球化學這一學科。

1989年，原國家計委批準利用世界銀行貸款在中國科學院地球化學研究所環境地質研究室的基礎上組建環境地球化學國家重點實驗室（以下簡稱“實驗室”），實驗室于1991年由中國科學院批準正式對國內外開放，1995年10月建成并通過國家驗收。

實驗室定位為基礎和應用基礎研究，圍繞環境地球化學學科前沿領域和發展趨勢，緊密結合國家在資源開發利用、生態環境保護和治理及人類健康服務等方面的重大需求，將地球科學、生命科學和環境科學融為一體，將當今的環境現象與地球歷史的長期演化進行結合，將地球環境系統的自然演化與人為影響進行結合，探索自然作用和人類活動干擾下地球化學環境系統的變化規律，發展和完善環境地球化學理論體系，建成國際上有重要影響的環境地球化學研究基地。

多年來，實驗室以地球化學理論和方法為主要研究手段，從地球環境的整體性和相互依存性出發，針對區域（特別是西南喀斯特地區）生態環境特點和全球環境變化問題，綜合研究天然和人為過程釋放的化學元素、同位素及化合物在地表各圈層（巖石圈-土壤圈-水圈-大氣圈-生物圈）之間的遷移和轉化規律，針對區域評估導致環境質量變化的自然和人為作用份額，形成了環境地球化學過程與環境質量變化、地質環境與人體健康、地球化學記錄與環境和氣候變化三大研究方向。

環境地球化學過程與環境質量變化方向主要研究地球表面各圈層之間的物質循環的生物地球化學過程及其生態和環境效應，揭示物質生物地球化學循環與生態環境變化之間的關系，為生態環境保護和治理決策提供科學依據。

地質環境與人體健康方向主要研究有害物質遷移、轉化規律及其控制機理，揭示地球化學環境與人群健康的耦合關系，為人體健康風險評價和人體健康保護提供科學理論依據。

地球化學記錄與環境和氣候變化方向主要研究建立各種環境和氣候變化的地球化學代用指標，揭示地球過去（尤其是全新世和過去2000年以來）的氣候和環境變化及其與人類社會發展的關系。

根據實驗室定位和研究方向，實驗室在揭示物質生物地球化學循環與生態環境變化、地球化學環境與人體健康、地球過去氣候和環境變化與人類社會發展等方面的耦合關系作出持續性的創新貢獻，為生態環境保護、人類健康和社會可持續發展提供基礎性、前瞻性的科學決策依據，成為我國環境地球化學研究和人才培養的基地，在環境地球化學理論研究、應用基礎研究和人才培養方面取得不可替代的地位，成為國際著名環境地球化學研究中心之一。

突破創新，捷報頻傳

今年上半年，實驗室在國際知名期刊上發表多篇科研成果。

針對喀斯特碳酸鹽巖發育土壤中，碳主要以碳酸鹽形式存在，微生物如何利用無機碳獲取能量進行亞鐵和砷氧化的過程仍不明確的問題，實驗室課題組與廣東省科學院生態環境與土壤研究所合作，利用穩定同位素核算探針技術（DNA-SIP）進一步研究了喀斯特稻田土壤微氧亞鐵氧化過程中的碳固定機制及砷的轉化規律。

研究表明，微氧型鐵氧化菌驅動的亞鐵氧化耦合碳固定過程不僅能增加土壤中有機碳含量，還能促進砷的氧化以及砷在鐵氧化物表面的吸附作用，有效降低砷的作物可利用性。研究結果對于利用土壤鐵循環提高土壤肥力及降低重金屬污染風險具有重要的支撐作用。研究成果發表于環境科學重要期刊Environmental Science and Technology，并被遴選為封面論文。

針對目前居民無機汞暴露途徑及貢獻份額認識不夠準確，制約著人體無機汞暴露的風險識別和風險防控的難題，實驗室基于前期開發的低濃度樣品汞富集及同位素測定方法，以貴州萬山礦區、貴陽市區及長順背景區居民作為研究對象，系統測定大氣、食用食物（大米、魚肉和蔬菜）和尿液汞含量和汞同位素組成，分析無機汞在人體代謝過程的分餾特征，以定量計算尿液汞的來源。結果表明，輕的汞同位素更易在腎臟富集并通過尿液排出。汞穩定同位素是研究人體無機汞的來源和新陳代謝過程的有力工具，不僅可以準確識別人體無機汞的暴露來源，而且為理解人體汞的新陳代謝過程提供獨特視角。相關成果發表在環境科學領域1區期刊Environment Internationa。

針對人類活動向大氣中排放大量的毒性重金屬汞，而各種排放源對周邊土壤汞的影響程度和污染貢獻份額并不清楚的問題，實驗室選取我國4個典型汞排放行業（汞礦開采、金礦開采、鋅冶煉和燃煤發電），采用汞同位素示蹤與受體模型（PMF和PCA/APCS）進行土壤汞的溯源研究。

1996—2017年年均硅酸鹽巖風化碳匯通量（SCSF）的空間分布和緯度變化

結果表明，汞礦區、金礦區和鋅冶煉區土壤汞污染較為嚴重，而燃煤電廠周邊土壤汞略高于背景值，研究區域樣品的汞同位素與汞含量存在顯著差異。各排放源對其周邊（方圓半徑5km）土壤汞的貢獻率分別是92.2%±9.70%（汞礦區），63.5%±0.83%（鋅冶煉區），41.3%±1.90%（金礦區）和21.1%±3.58%（燃煤電廠）。

研究定量揭示了我國典型汞排放地區土壤汞的污染特征和污染來源，展現了汞同位素用于研究人為排放與土壤汞耦合的潛力，為我國土壤汞污染防控和修復提供重要科學依據。相關成果在環境科學領域1區期刊Journal of Cleaner Production上。

針對學術界對于方解石生長速率對方解石δ13C值的影響存在的巨大爭議，劉再華研究員團隊在研究中首次提出了水動力條件通過影響擴散邊界層（DBL）厚度從而影響方解石的同位素和元素組成這一控制機理。該理論對于理解自然界和實驗室方解石的同位素組成和元素比值有重要指示意義。研究成果近期發表在地學知名刊物Earth and Planetary Science Letters上。

此外，實驗室課題組還在國際著名SCI期刊Earth’s Future上發表的研究論文則探討了全球硅酸鹽巖風化碳匯的空間分布及時間變化趨勢，并預測了未來不同情景下的碳匯量級。該研究對于改進碳循環模型和評價硅酸鹽巖碳匯有重要意義，并為全球碳匯交易的公平性提供了參考，從而為全球環境治理提供理論依據。

未來，實驗室將繼續依托中國科學院地球化學研究所這一廣闊平臺，突出和增強研究的前沿性，加大人才培養、學術交流力度，為環境地球化學研究作貢獻。