发布时间：2023-03-13

铜（Cu）作为氧化还原敏感性元素，广泛参与陆地生态系统的物质循环过程。风化过程中，氧化还原转换是控制潜育土中的Cu迁移转化的主要因素之一。近年来，随着多接收等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）技术的发展，Cu同位素技术成为解译陆地生态系统中Cu分布规律的有力抓手。然而目前对氧化还原转换过程中Cu同位素分馏及其机制的研究较少，有待进一步探究。季节性地下水水位变化引起的氧化还原电位的差异、特定的地质和气候条件使泰国蒙河流域广泛分布着低腐殖质潜育土，成为研究多期次氧化还原过程中Cu同位素分馏及其机制的良好场所。

针对以上问题，中国地质大学（北京）科学研究院博士后郑晓笛在导师韩贵琳教授的指导下，对泰国Mun河流域潜育土风化过程中多期次氧化还原转换过程中Cu同位素的分馏机制进行了探究，取得的主要认识如下：

（1）风化过程中，多期次氧化还原变化使土壤环境整体呈现出较强的还原性，且使化学风化指数MIA(r)和δ⁶⁵Cu值之间出现较强的相关性，说明氧化还原变化的频次将影响Cu同位素分馏的程度；

（2）受多期次氧化还原变化的影响，土壤中轻Cu同位素将被诸如针铁矿等铁氧化物再吸附，具有轻Cu同位素富集特征。与此同时，出现Mn的富集带，并位于两个Fe富集带之间，这一结果可能与蒙河流域年蒸发量大，降水量少且地下水水位季节性变化有关。此时，吸附于Fe氢氧化物的重Cu同位素将随Fe氧化物的丢失而丢失，而吸附于Mn氢氧化物轻Cu同位素将留存；

（3）δ⁶⁵Cu值和SOC之间的相关性表明，土壤有机质有限的条件下SOC优先倾向于重Cu同位素的富集，但当地下水和河水季节性交换维持水平衡的条件下，可能较难观察到此现象。

本研究表明了氧化还原变化影响的土壤Cu生物有效性及同位素分馏信号的变化研究，将是用于探讨未来气候变化情景下土壤的生态脆弱性和风险评价的重要工具。

图1  泰国Mun河流域潜育土S1和S2剖面铁、锰及铜富集因子值，δCe及铜同位素值      

图2  泰国Mun河流域潜育土S1和S2剖面A-L-F与δ⁶⁵Cu值的相关关系图                     

图3  泰国Mun河流域潜育土S1和S2剖面及前人研究中

（a）τ和δ⁶⁵Cu值以及（b）τ^int and ∆⁶⁵Cu值的相关关系图      

图4  泰国Mun河流域潜育土S2剖面Fe、Mn及Cu迁移转化示意图                     

论文信息：Zheng Xiaodi, Han Guilin^*, Zhang Qian, Liang Bin, Liu Man, Yu Changxun, Liu Linan, Zhao Ye, Song Zhaoliang (2023). Extreme copper isotope fractionation driven by redox oscillation during gleysols weathering in Mun River Basin, Northeast Thailand. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 128, e2022JF007025.

文章链接：https://doi.org/10.1029/2022JF007025