我所土壤中心龙涛团队在Nature系列期刊《地球与环境通讯》（Communications Earth & Environment）发表题为“Unstable geogenic arsenic in reclaimed coastal soils poses environmental risks”的重要研究成果。

第一作者：陈朦 副研究员

通讯作者：龙涛 二级研究员 王磊 副研究员

通讯单位：生态环境部南京环境科学研究所

文章链接：https://www.nature.com/articles/s43247-025-02634-1

研究背景

随着全球沿海城市化进程的快速推进，大规模填海造陆活动在满足城市发展用地需求的同时，也引发了重金属和类金属污染等环境问题。中国、日本、新加坡等国家相继开展了大规模填海工程，这些活动破坏了自然元素的地球化学平衡。在众多元素中，砷由于其高毒性、复杂的氧化还原化学性质以及对环境变化的高敏感性而备受关注。珠江三角洲地区位于华南褶皱系内，中生代地层经历了构造变形和热液蚀变过程，导致硫化物矿物中砷元素显著富集。砷主要以含氧阴离子（砷酸盐和亚砷酸盐）形式存在，具有pH依赖性迁移特征和复杂的氧化还原转化机制，在环境中以从原生硫化物到与铁氧化物和硅酸盐结合的次生相等多种形式赋存。填海活动可能通过有氧条件下硫化物的氧化过程或还原条件下铁氧化物的还原溶解过程破坏这些矿物相的稳定性。

研究内容

本研究覆盖珠江三角洲地区三个地貌单元，系统分析了1029个土壤样本。结果显示，填海土壤呈现弱碱性特征（平均pH 7.64）和相对较高的砷含量；丘陵土壤表现出明显酸性和中等砷水平；冲积土壤接近中性，砷浓度最低。BCR连续提取分析揭示了填海土壤与丘陵土壤在砷、铁和硫形态分布方面的显著差异。残渣态砷在两个地貌单元中均占主导地位，但在丘陵土壤中所占比例更高（平均93.07%）。填海区域表现出显著更高的可氧化态砷含量（平均21.30 mg/kg，占14.96%）。填海土壤中可还原态和弱酸可提取态砷含量同样较高，表明其具有更强的迁移性和潜在生物有效性。

图1 样本CG007-1的TIMA矿物相分析结果。a, 部分相分布图（1.2×3.6 mm）；b, M1-M4区域的矿物相分布图；c, M1-M4区域的背散射电子图像；d, M1-M4区域的砷元素分布图；e-j, 典型含砷矿物的背散射电子图像：黄铁矿（立方体和草莓状形态）、毒砂、水铁矿、针铁矿、磁铁矿。

TIMA分析表明，填海土壤含有多种含砷矿物相，其中含砷硫化物和含砷铁氢氧化物含量相对较高。黄铁矿主要呈现原生立方晶体形态，指示其深部热液成因，而草莓状集合体则表明沉积环境中的次生成因特征。毒砂呈现柱状或棱柱状晶体，表明其在填海过程中可能经历了机械搬运。毒砂中砷铁摩尔比接近1:1（砷含量为43.200-46.100 wt%），符合其理论化学组成。含砷黄铁矿表现出更为复杂的砷分布特征，砷硫摩尔比高达0.09:1（砷含量为8.430 wt%）。铁氢氧化物表现出异常高的砷铁摩尔比（高达0.75:1，砷含量为33.96 wt%），表明砷酸盐与水铁矿之间可能发生了共沉淀过程。

结论与展望

研究揭示了沿海填海土壤中多种含砷矿物相的赋存特征，砷主要赋存于硫化物矿物中，其来源为风化程度较低的基岩填料。这些填料可能取自邻近丘陵地区深层未风化岩石。填海工程将这些原本埋藏的富硫化物材料暴露于地表氧化环境，加速了矿物的风化分解和砷的再分布过程。城市开发活动可能进一步加速含砷硫化物的氧化分解，促进砷的环境释放。此外，在全球气候变化背景下，海平面上升可能引发更为频繁的氧化还原环境变化，通过还原作用促进砷从铁氢氧化物中的释放。

图2 人为改造沿海土壤中地源砷地球化学迁移转化和环境风险动态概念图

基于研究结果，提出了面向沿海城市可持续发展的土壤砷风险管理框架。填海工程实施前对填料进行严格筛选评估至关重要，除控制土壤总砷含量外，还需开展矿物学表征以识别不稳定的含砷硫化物和铁氧化物结合态砷。对于以不稳定含砷硫化物为主要赋存形式的区域，应限制住宅开发和农业用途，可考虑在工程防护措施下的工业用途。建立长期动态监测体系，重点关注砷形态的变化趋势，而非仅仅监测总砷浓度。