青海盐湖所张西营团队：镭同位素作为湖泊地下水排放的示踪剂：综述和展望

研究背景

湖泊地下水排放（LGD）是湖泊水文循环和物质输入（如营养盐、污染物）的关键组成部分，但其弥漫性和空间异质性导致量化难度大。传统方法（如水文计算法、直接测量法）存在局限性，而镭同位素（223Ra、224Ra、226Ra、228Ra）因独特的地球化学特性（如盐度驱动的吸附-解吸行为）成为示踪LGD的优势工具。镭同位素早期广泛应用于海洋地下水排放（SGD）研究，近年来在湖泊环境中的应用逐渐兴起，尤其是在高盐度湖泊和内陆盐湖中，可揭示地下水输入对盐湖硼锂等关键性矿产资源的贡献及对湖泊生态的影响（如污染物输入）。

研究内容

1.镭同位素的地球化学特性

镭同位素来源于铀、钍衰变，半衰期差异使其适用于不同时间尺度的水文过程（如224Ra示踪短期混合，226Ra示踪长期循环）。盐度是影响镭解吸的关键因素，低盐度下吸附于颗粒物，高盐度下解吸；盐度过饱和时与硫酸盐共沉淀（如BaSO₄）。其他影响因素包括颗粒物粒径、矿物组成、氧化还原条件等，需结合湖泊环境（如淡水湖与盐湖）差异分析。

2.镭同位素在湖泊 LGD 中的应用进展

镭同位素从早期医疗/工业应用转向水文示踪，2005年后随着仪器技术（RaDeCC）的进步，镭同位素被用于量化地下水通量、水体混合速率及溶质输送（如营养盐、重金属）。通过Ra同位素示踪湖泊地下水排放量化地下水输入溶质通量进而评价地下水在湖泊水体生态环境中的重要环境影响。

图1 湖泊地下水排放及其组成

3.LGD 的量化分析

镭的来源包括地下水排放、河流输入、沉积物扩散、悬浮颗粒物解吸（盐湖中显著）、大气沉降（可忽略）。其汇项包括放射性衰变（内流湖主要汇）、共沉淀（高盐度下关键）、吸附（淡水湖中显著）、河流输出（外流湖）。应用于LGD量化的镭同位素模型包括水平涡动扩散模型、质量平衡模型和端元混合模型。而地下水端元活度选择的不确定性是影响量化结果准确性的主要因素，需结合水文地质条件分区或流量信息优化。

图2 湖泊中Ra的源和汇路径

结论

镭同位素是量化湖泊LGD的有效工具，尤其在揭示地下水携带的溶质输入方面具有独特优势。该研究为湖泊水资源管理、污染物防控及生态保护提供了科学依据，并推动镭同位素技术在内陆盐湖研究中的进一步应用。以上研究成果于2025年5月发表在国际环境放射性期刊Journal of Environmental Radioactivity上。研究工作受国家自然科学基金青年基金(42402257)、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划项目（YSBR-039) 、昆仑英才·高端创新创业拔尖人才等资助。

文献信息

Su W G., Yuan X L., Zhang X Y. Radium isotopes as tracers of lacustrine groundwater discharge: Review and prospects. Journal of Environmental Radioactivity, 2025.

DOI:https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2025.107680

作者简介

第一作者及通讯作者：苏维刚，助理研究员，本科毕业于西北大学地球化学专业，硕士和博士均就读于中国科学院青海盐湖研究所地球化学专业，获青海省昆仑英才·高端创新创业拔尖人才。主要从事盐湖区水文地质和水文地球化学方面的研究。目前为止，主持并参与国家自然科学基金项目及省科学基金项目多项，在 Journal of Environmental Radioactivity、Journal of Great Lakes Research、Journal of Environmental Management、 《湖泊科学》等期刊上发表学术论文30余篇。

通讯作者：张西营，出生于1977年，博士，研究员，博士生导师，青海省自然科学与工程技术学科带头人。主要从事盐类矿床学，盐湖地球化学、盐类矿物学以及现代盐湖生态环境等相关研究。主持青藏高原二次科考子专题、国家自然科学基金项目、青海省科技厅项目等10余项，已发表论文100余篇，培养硕士、博士10多名。目前担任青海省湿地保护专家委员会委员，《盐湖研究》编委等多个学术和社会兼职。邮箱：xyzhchina@isl.ac.cn