中国是全球最大的汞生产、使用和排放国。我国汞排放总量从1980 年的217.0
t 增加到2020 年的357.8 t，其中气态单质汞（Hg0 或GEM）、气态活性汞GOM）和颗粒态汞（ PBM ） 比重从1980 年的62.0/28.0/10.0% 变化到2020 年的53.1/44.3/2.6%。汞形态特征对大气汞迁移传输具有显著影响。Hg0 具有较低的沉降速率，可参与全球汞循环；而HgII 具有较高的沉降速率，易通过干湿沉降进入地表生态系统。大气汞沉降可导致土壤汞含量升高，甚至造成土壤汞污染。不同行业烟气汞排放强度与汞形态比存在显著差异，因此不同汞排放源周边土壤汞污染特征可能具有较大差异。然而，不同类型汞排放源周边大气汞污染特征及环境风险并不清楚，排放源不同形态汞排放和沉降对土壤汞累积的影响缺乏定量认识。土壤汞污染来源具有多样性和复杂性，不同区域汞污染历史和积累程度存在一定差异，实现污染源定性识别、定量解析和污染过程示踪仍是科学难题。
本研究选取了贵州某燃煤电厂、某水泥厂和湖南某锌冶炼厂作为研究对象。通过对汞排放源周边大气汞和土壤汞浓度及同位素分析，阐明燃煤、有色金属冶炼和水泥生产等重点排放源区域大气汞特征；精确解析排放源-大气-土壤汞传输过程中汞的同位素分馏特征及地球化学过程，评估排放源周边区域土壤汞污染的空间分布特征及定量解析污染来源。通过以上工作，本研究得出了以下主要认识：
（1）燃煤电厂、水泥厂和锌冶炼厂周边区域大气及降雨汞浓度和同位素组
成主要受汞排放源影响表现出季节和空间变化特征，且当地环境也具有显著影响。大气汞浓度通常在点源附近最高，并在主导风向上随着距离的增加呈逐渐下降。燃煤电厂周边夏冬季大气汞的升高主要与电力需求增加有关；δ202HgGEM 和Δ199HgGEM 值与1/GEMconc.的相关关系表明，GEM 受到人为源汞排放的显著影响。水泥厂周边2 km 内PBM 和降雨THg 浓度较5 km 处显著升高，且二者浓度的季节变化受到水泥产量季节变化的显著影响。该区域Δ199HgPBM 与1/PBMconc.和降雨Δ199Hg 与1/THg 均具有显著正相关，表明PBM 和降雨THg 受到水泥生产HgII排放显著影响。而锌冶炼厂区域由于高浓度的烟气汞排放导致该区域不同形态大气汞浓度均显著增加，但汞同位素特征无显著的季节和空间变化。
（2）大气汞同位素昼夜变化规律揭示了烟气汞在大气短距离传输过程无显著的汞同位素非质量分馏。锌冶炼厂区域GEM 和PBM 浓度均表现为白天高于夜晚。PBM 浓度的变异系数显著高于GEM，表明大气中PBM 浓度更易受到环境影响。白天较夜晚偏负的δ202HgGEM 值与排放源汞排放有关，而昼夜Δ199HgGEM值均接近于零。δ202HgPBM 的昼夜变化受气象条件的显著影响，与温度具有线性
负相关而与湿度具有线性正相关。来自于锌冶炼厂方向的PBM 的Δ199Hg 值均接近于零，与锌精矿Δ199Hg 值一致，表明PBM 在短距离传输过程中Δ199Hg 值不会发生显著变化。大气汞同位素的昼夜变化结果表明烟气汞在区域短距离传输过程中未发生显著的非质量分馏，因而可将烟气汞同位素作为末端端元进行大气汞来源解析。
（3）利用汞同位素定量示踪了不同汞排放区大气汞的来源差异。燃煤电厂、水泥生产和锌冶炼活动的汞排放对其周边区域5 km 范围内GEM 的平均贡献分别为58.3 ± 20.9、47.0 ± 16.7 和63.0 ± 19.2%；锌冶炼厂对周边5 km 范围内PBM
的贡献最高（72.3 ± 21.3%），水泥厂次之（61.9 ± 25.7%），燃煤电厂最低（52.3 ±25.9%）。燃煤电厂高Hg0 排放显著提高了周边GEM 浓度，水泥厂高HgII 排放则使周边PBM 和降雨THg 浓度显著增加，而锌冶炼厂汞的高强度排放导致区域环境中各形态的大气汞均受到显著影响。尽管近年来大气污染控制设备的协同作用导致烟气汞浓度显著降低，但烟气排放仍可能对区域大气汞循环产生严重影响。
（4）典型汞排放源周边大气汞沉降与土壤汞累积存在空间耦合，但不同类型排放源间存在一定差异。人为源汞排放导致研究区土壤汞浓度均呈现不同程度的升高，锌冶炼厂周边区域土壤汞污染程度最高，而燃煤电厂和水泥厂影响较小，土壤汞浓度均低于筛选值。表层土壤和剖面土壤汞的空间变化特征证明大气汞沉降是土壤汞累积的主要来源。利用Δ199Hg 和Δ200Hg 的三元混合模型定量计算了
各研究区Hg0 沉降、HgII 沉降和地质背景对表层土壤汞的平均贡献。此外，结合
排放源对周边大气汞的相对贡献，燃煤电厂、水泥厂和锌冶炼厂烟气汞排放对土壤汞的平均贡献分别为28.3 ± 17.2、24.1 ± 14.4 和52.0 ± 25.5%。利用PMF 受体模型对研究区土壤汞来源进行验证分析，增强了源解析结果的可靠性。
本研究以不同类型的汞排放源为研究对象，对区域尺度不同形态汞在排放源-大气-土壤迁移转化的同位素分馏特征进行分析，表明不同类型排放源汞排放形态和强度共同影响其周边不同形态大气汞含量及同位素组成。通过排放源周边大气汞与土壤汞的污染评估、空间分析和来源解析，揭示了典型汞排放源周边大气汞沉降与土壤汞累积的含量与空间耦合关系。本研究提升了典型汞污染区大气和土壤汞的地球化学循环认识，对重点地区汞污染防控和汞公约履约减排成效评估具有重要意义。