地球环境研究所提出钾同位素可作为人类世示踪剂

非传统稳定同位素组成能够通过源解析与过程追踪提供环境信息，从而示踪元素循环中所涉及的人为过程。镉（Cd）、汞（Hg）、铅（Pb）、锌（Zn）和铜（Cu）等非传统稳定同位素已被广泛用于研究金属排放对环境的影响。然而，人类活动的强度和类型在不同的地域和时期具有显著差异，因此需要引入多维示踪剂来更好地评估它们对环境的影响。

中国科学院地球环境研究所金章东研究团队在钾（K）同位素组成示踪人类活动研究中取得新进展。研究以湖光岩玛珥湖（HML）为研究对象，通过分析湖泊沉积物中淋滤态和残渣态的K含量和同位素组成（δ41K），重建了过去120年HML流域的K循环和人类活动历史（图1）。结果表明，湖泊沉积物残渣K（Kresidue）主要来自流域基岩侵蚀，淋滤态K（Kleachate）则受燃煤等化石燃料输入的强烈影响，且表现出显著的时代特征。1950年之前，沉积物中淋滤态和残渣态的K含量和δ41K值均保持在稳定的自然背景值，说明该时期HML受人为活动的影响很小。1950年至2000年期间，K的来源未发生变化，但Kresidue快速增加，表明新中国成立后由于毁林等因素导致流域侵蚀显著增强，火山碎屑大量输入HML。2000年后，随着自然保护区的设立，HML流域的侵蚀程度有所缓解。然而，偏负的δ41Kleachate是新世纪以来经济的快速发展加剧的燃煤与机动车尾气等污染物的排放，导致区域空气污染显著加剧的直接表现。在这一时期，沉积物δ41Kleachate的变化不仅与湛江市能源消费统计数据高度一致，还反映出中国同期制定并实施的三项环保政策在遏制空气污染方面取得的显著成效。

图1 HML沉积物各K指标记录与1900年以来区域经济数据的对比，2000年后的蓝色条纹代表了中国发布的三项旨在控制空气污染的环保政策。

该研究表明，湖泊沉积物中的K同位素信号能够清晰反映与区域经济发展相关的自然过程与人类活动，并为流域侵蚀、能源利用、大气污染及其治理政策等变化提供了有价值的信息。尽管钾是一种地壳中丰度较高的主要元素，通过相态提取仍可有效区分其自然来源与人为输入，从而使K同位素在示踪大气、水体、土壤和沉积物中人为因素对K地球化学循环方面展现出潜力。

该研究成果近日正式发表在国际著名环境期刊Environmental Science & Technology上。博士生李国鼐为第一作者，金章东研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（42221003, 42173023）和中国科学院西部之光基金（XAB2022YN02）等项目的共同资助。

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