污染溯源同位素速查：指标选型与各源特征值

同位素是环境污染来源解析的核心指纹工具。本速查表汇总常见污染物的推荐同位素指标，以及各来源的特征值，供研究设计与数据解读快速参考。各源端元取值随地质背景与地区而异，须结合当地实测；来源区间有重叠时应联用多指标并纳入混合模型。

一、按污染类型选指标

污染物 / 目标	推荐同位素指标
硝酸盐（NO₃⁻）来源	δ¹⁵N + δ¹⁸O 双同位素；大气贡献显著或需扣除时加测 Δ¹⁷O
硫酸盐（SO₄²⁻）来源	δ³⁴S + δ¹⁸O-SO₄ 双同位素
重金属（以铅为主）来源	Pb 同位素比值（²⁰⁶/²⁰⁷/²⁰⁸Pb）；可辅以 Cd、Hg 同位素
水体来源与蒸发	δ²H + δ¹⁸O（配合 d-excess）

二、硝酸盐各源特征值

来源	δ¹⁵N	δ¹⁸O	Δ¹⁷O
大气沉降	变化范围大	明显偏高	显著正异常（典型 +20～+30‰，全球观测均值 27.7 ± 5.0‰；中国实测上界约 +38‰）
硝态氮肥	低（继承大气 N₂）	偏高（继承大气 O₂）	≈ 0
土壤有机氮 / 铵态肥·尿素经硝化	低至中等	偏低（主要继承水中氧）	≈ 0
粪便与生活污水	明显偏高	偏低（硝化来源）	≈ 0

三、硫酸盐各源 δ³⁴S 特征值

来源	δ³⁴S 典型范围
大气沉降	北京实测降水 +2.1‰ ～ +12.8‰（均值 +4.7‰，Zhu 等 2016，n=128）；一般文献汇编框为 −3.2‰ ～ +14.4‰；沿海受海盐影响区趋近现代海水硫酸盐的约 +21‰（21.24±0.88‰，2σ，Tostevin 等 2014）。中国 SO₂ 减排后端元随年代漂移，引用须注明采样期
化肥	约 −3.2‰ ～ +13‰（均值 +4.7‰）
生活污水	约 +2‰ ～ +12.5‰（均值 +7.4‰）
洗涤剂（含硫表面活性剂）	约 −3.2‰ ～ +22.8‰（均值 +7.3‰）
硫化物氧化（如黄铁矿）	基本继承母源硫化物、无通用固定区间，须就地实测母源。酸性矿山排水条件下黄铁矿氧化分馏很小（约 −0.7～0‰），但黄铜矿可达 −1.5～−4‰、嗜盐嗜碱条件（pH≈9.8）微生物氧化实验可达 +12.5‰ 以上；母源本身跨度极大（沉积黄铁矿低至约 −50‰（南海渗漏区 SIMS 实测 −50.3‰，Lin 等 2017），SMTZ 的"超重"黄铁矿可超 +100‰（SIMS 实测最高 +114.8‰，Lin 等 2016）；淮北临涣矿区报道值 +6.3～+13.5‰（Chen 等 2020，转引自 Cheng 等 2022））
海相蒸发岩溶解（石膏等）	偏高（约 +8‰ ～ +40‰，随地质年代：埃迪卡拉纪—中寒武世高点约 +30～+40‰，密西西比亚纪中期—二叠纪末低谷约 +12～+16‰，早三叠回升至约 +20‰（以上 Algeo 等 2015）；蒸发岩记录显示晚二叠世基线约 +11‰、界线处短暂降至约 +8.2‰（Salisbury 等 2022），随后急升至 >+30‰（Bernasconi 等 2017）；现代海水约 +21‰）。注意石膏沉淀比母液硫酸盐重约 1.65‰（α=1.00165，Raab 与 Spiro 1991），蒸发岩 δ³⁴S ≠ 同期海水 δ³⁴S

注：δ³⁴S 区间存在重叠，须配合 δ¹⁸O-SO₄，并排查细菌硫酸盐还原（BSR）对残余硫酸盐的富集。

四、铅同位素：自然本底与人为源

来源	铅同位素特征
矿石铅源（冶炼、含铅制品、含铅汽油等）	多来自硫化物铅矿，²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb 常低于地壳本底（本底随母质而变：上陆壳按 Millot 等 2004 的流域面积加权值 ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb=18.93、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb=15.71 换算得 ²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb≈1.205（该比值由原文数据换算所得，非原文直接给出；同文另有通量加权值 19.07/15.74，勿混用）；欧洲工业化前约 1.19～1.22（Komárek 等 2008）；必须实测当地本底）；老矿床更低，具体值依矿源模式年龄
燃煤等其他人为源	不遵循上述规律、变幅很大（中国煤约 1.114～1.383），可高于本底，常与本底难以区分，必须单独实测
自然地质本底	继承当地基岩/土壤母质，具区域特征值（需实测）

使用要点：确定各源端元后，用二元或多源混合模型（如 SIAR、MixSIAR）结合浓度、富集因子与区域本底定量来源贡献；务必先识别转化过程（如反硝化、BSR）的影响，避免将转化信号误读为来源。

参考文献

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Millot R., Allègre C.-J., Gaillardet J., Roy S. (2004) Lead isotopic systematics of major river sediments: a new estimate of the Pb isotopic composition of the Upper Continental Crust. Chem. Geol. 203(1-2):75-90.（支持上陆壳 Pb 同位素按流域面积加权平均 ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb=18.93、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb=15.71、²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb=39.03；实测值经面积加权汇总。同文另有通量加权值 19.07/15.74/39.35，勿混用；²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb≈1.205 系由上述值换算所得，非原文直接给出。原文付费墙，本站未取得原文全文） https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2003.09.002