发布时间：2022-04-30

  地表岩石风化是改变地表形貌和控制元素地球化学循环的重要地质过程。河流向湖泊和海洋输送大量风化陆源物质，对其加以定量研究能够加深对于表生环境气候演变和地表动态过程的理解。随着城市化进程的加速，流域尺度密集的工农业生产活动引发了严重的环境问题，极大地改变了流域物质循环。因此，研究流域尺度下河水的化学组分和物质迁移有助于探明流域内发生的各类地球化学过程以及人类活动对河水产生的生态效应。锶（Sr）元素广泛分布于岩石、土壤、水体和生物体中，不同体系Sr浓度和同位素组成差异很大。Sr同位素（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）的相对质量差小，在表生地球化学过程（如蒸发、降水和生物吸收）中几乎不分馏，其变化主要反映了物质来源的差异。因此，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr可充当指示风化物质来源的“指纹”。近年来，Sr同位素地球化学在表生环境中的应用取得了很大进展，其同位素组成作为岩石风化和不同端元输入的函数，成为研究流域系统风化作用和物源示踪的重要工具。

  为全面了解人为活动影响下的流域风化过程和Sr同位素行为，韩贵琳课题组硕士研究生张诗童，系统研究了典型农业流域（泰国Mun河流域）河水溶解态Sr及其同位素的组成、地球化学行为和控制因素，探讨了人为活动加速河流物质风化的原因，提出了推进河流污染控制和管理的科学思路。此次工作取得了如下新认识：

（1）河水溶解态Sr含量的范围为6.1~237.5 μg/L，上游地区Sr含量较高，丰水期Sr含量明显低于枯水期且波动幅度较小。河水溶解态⁸⁷Sr/⁸⁶Sr的变化范围为0.7100~0.7597，稍高于全球平均值。结合离子比值关系、相关分析和同位素质量平衡模型等手段，本研究认为泰国Mun河流域丰水期的溶解态离子主要来源于蒸发岩溶解和硅酸盐岩风化。

（2）Mun河流域内的硅酸盐岩风化速率为每年5.71 吨/km²，二氧化碳消耗率为每年6.84×10⁴ mol/km²，较枯水期更高。Sr元素的入海通量为1.98×10³吨/年。作为湄公河最大的支流，Mun河溶解态Sr同位素的变化能够在一定程度上影响海洋Sr同位素组成。高温、高强度降雨的气候条件可能加速岩石化学风化，需对区域气候短期变化和风化过程进行更加深入的研究。

  该研究揭示了典型农业流域河水溶解态Sr同位素的地球化学行为及控制因素，探讨了人为活动加速河流物质风化的原因，这对于利用Sr同位素探索大陆风化过程、Sr元素地球化学循环、海相碳酸盐岩中的Sr同位素记录等具有重要科学意义。今后的研究应当在Sr同位素地球化学示踪的基础上，结合多指标综合探究区域性的水文地球化学过程，助力流域水资源评估与可持续发展。

图1 河流溶解态离子和Sr同位素组成

图2 河水溶解态元素比值相关图解

      上述研究成果发表在环境科学领域著名期刊《Environmental Research》上：Zhang, S., Han, G.*, Zeng, J., F, M., 2022. Source tracing and chemical weathering implications of strontium in agricultural basin in Thailand during flood season: A combined hydrochemical approach and strontium isotope 212, 113330.

       全文链接：https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.113330