非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素組成能夠通過源解析與過程追蹤提供環(huán)境信息，從而示蹤元素循環(huán)中所涉及的人為過程。鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鋅（Zn）和銅（Cu）等非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素已被廣泛用于研究金屬排放對環(huán)境的影響。然而，人類活動的強(qiáng)度和類型在不同的地域和時(shí)期具有顯著差異，因此需要引入多維示蹤劑來更好地評估它們對環(huán)境的影響。

中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所金章東研究團(tuán)隊(duì)在鉀（K）同位素組成示蹤人類活動研究中取得新進(jìn)展。研究以湖光巖瑪珥湖（HML）為研究對象，通過分析湖泊沉積物中淋濾態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)的K含量和同位素組成（δ41K），重建了過去120年HML流域的K循環(huán)和人類活動歷史（圖1）。結(jié)果表明，湖泊沉積物殘?jiān)麷（Kresidue）主要來自流域基巖侵蝕，淋濾態(tài)K（Kleachate）則受燃煤等化石燃料輸入的強(qiáng)烈影響，且表現(xiàn)出顯著的時(shí)代特征。1950年之前，沉積物中淋濾態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)的K含量和δ41K值均保持在穩(wěn)定的自然背景值，說明該時(shí)期HML受人為活動的影響很小。1950年至2000年期間，K的來源未發(fā)生變化，但Kresidue快速增加，表明新中國成立后由于毀林等因素導(dǎo)致流域侵蝕顯著增強(qiáng)，火山碎屑大量輸入HML。2000年后，隨著自然保護(hù)區(qū)的設(shè)立，HML流域的侵蝕程度有所緩解。然而，偏負(fù)的δ41Kleachate是新世紀(jì)以來經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展加劇的燃煤與機(jī)動車尾氣等污染物的排放，導(dǎo)致區(qū)域空氣污染顯著加劇的直接表現(xiàn)。在這一時(shí)期，沉積物δ41Kleachate的變化不僅與湛江市能源消費(fèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)高度一致，還反映出中國同期制定并實(shí)施的三項(xiàng)環(huán)保政策在遏制空氣污染方面取得的顯著成效。

圖1 HML沉積物各K指標(biāo)記錄與1900年以來區(qū)域經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的對比，2000年后的藍(lán)色條紋代表了中國發(fā)布的三項(xiàng)旨在控制空氣污染的環(huán)保政策。

該研究表明，湖泊沉積物中的K同位素信號能夠清晰反映與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)的自然過程與人類活動，并為流域侵蝕、能源利用、大氣污染及其治理政策等變化提供了有價(jià)值的信息。盡管鉀是一種地殼中豐度較高的主要元素，通過相態(tài)提取仍可有效區(qū)分其自然來源與人為輸入，從而使K同位素在示蹤大氣、水體、土壤和沉積物中人為因素對K地球化學(xué)循環(huán)方面展現(xiàn)出潛力。

該研究成果近日正式發(fā)表在國際著名環(huán)境期刊Environmental Science & Technology上。博士生李國鼐為第一作者，金章東研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（42221003, 42173023）和中國科學(xué)院西部之光基金（XAB2022YN02）等項(xiàng)目的共同資助。

Li, G., Jin, Z., He, M., Cheng, Y., Guo, R., Xu, Y., Deng, L., Man, J. and Feng, Q., 2025. Potassium Isotopes in Huguangyan Maar Lake Sediments: Catchment Erosion versus Anthropogenic Activity since 1900 C.E. Environmental Science & Technology.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c00777