综述：中国高碘地下水的空间分布及形成机制

本文聚焦中国高碘地下水，阐述其广泛分布于内陆半干旱 / 干旱盆地、平原及沿海地区，介绍碘的来源与宿主，探讨水文地质和生物地球化学过程对其富集的影响，还指出未来研究方向，为相关领域提供了全面且有价值的参考。

　　

引言

碘是甲状腺产生甲状腺素和三碘甲状腺原氨酸所必需的微量元素。碘摄入不足会引发碘缺乏病（IDD），像甲状腺肿、克汀病和智力障碍等，在 20 世纪成为全球重大公共卫生问题。为此，世界卫生组织（WHO）在 1993 年建议普及食盐加碘（USI），显著改善了全球人口的健康状况 。成人每日摄入约 10 克加碘盐（碘含量：15mg/kg 盐）足以预防碘缺乏，但如果加碘盐累计摄入量超过 10 克 / 天，或者日常食用富含碘的食物和水（尤其是海藻和地下水），则可能增加碘摄入过量的风险。碘摄入过量也会导致甲状腺功能障碍，如甲状腺功能减退、甲状腺功能亢进和甲状腺自身免疫性疾病 。

地下水作为最大且最易获取的淡水资源，提供了近一半的饮用水，约 40% 的灌溉用水和约 33% 的工业用水。在中国，高碘地下水对人们的健康构成了威胁，其他国家如阿根廷、智利、丹麦和日本也有因饮用高碘地下水导致碘过量疾病的报道。同时，全球碘循环中，含水层中的陆地碘通过水循环进入海洋，海洋是地球上最大的碘储存库。海洋中的挥发性碘进入大气，会造成臭氧破坏、大气汞消耗，并形成有助于云凝结和抵消辐射强迫的超细气溶胶颗粒。大气中的碘又会被输送到大陆并沉积在陆地上。因此，了解高碘地下水的分布和含水层中碘的迁移，对基于全球碘循环减轻公共卫生风险意义重大。

中国是世界上首个报告饮用高碘地下水导致甲状腺肿病例的国家。20 世纪 70 年代，河北渤海湾的渔民甲状腺肿患病率高，原因就是饮用了富含碘的地下水。此后，其他地区也出现了类似的碘过量甲状腺肿病例。2005 年，中国疾病预防控制中心的调查发现，高碘地下水（总碘浓度 > 150μg/L）主要分布在华北平原（NCP）、淮河平原、大同盆地、太原盆地和河套盆地 。为控制碘过量摄入，中国政府在 2010 年实施政策，在这些地区用无碘盐替代加碘盐。然而，尽管这些地区无碘盐的覆盖率达到 96.9%，儿童尿碘中位数仍高于 300μg/L，儿童甲状腺肿患病率大于 5%，这表明仍需仔细筛查高碘地下水或更换饮用水源。目前，中国已有 14 个省 / 市报告存在高碘地下水，影响约 3100 万人的健康。所以，绘制中国高碘地下水的空间分布图，对保障人口密集的中国的地下水可持续性和公众健康至关重要。

在地下水系统中，碘主要以碘离子（I^?）、碘酸根离子（IO₃^?）和有机碘（OI）的形式存在。pH 值和氧化还原条件控制着地下水中碘的形态。由于吸附系数低，I^?通常是地下水中的主要形态，而 IO₃^?和 OI 是沉积物中的主要形态。富含有机质的铁矿物是沉积物中碘的主要宿主。一般来说，地下水中的碘浓度从区域地下水流的补给区到排泄区逐渐增加。一些水文地质过程，如蒸发浓缩效应、沉积物压实释放富含碘的孔隙水以及含碘铁矿物的还原溶解，都能提高地下水中碘的浓度。微生物功能种群，包括异化 IO₃^?还原菌、Fe (III) 还原菌、硫酸盐还原菌和脱卤微生物，能够介导固相 IO₃^?和 OI 转化为更易迁移的 I^?。此外，一些还原剂，如 Fe (II) 和硫化物，也能将 IO₃^?化学还原为 I^?。这些水文地质和生物地球化学过程共同控制着地下水中的碘含量。

除了早期对饮用高碘地下水与甲状腺肿关系的研究，近十年来才开始对地下水系统中碘的行为进行系统研究，中国在这方面投入了大量精力。本综述将首先描述中国原生高碘地下水的空间分布、碘的来源和宿主，然后讨论控制地下水中碘迁移和富集的水文 - 生物地球化学过程，最后指出高碘地下水研究的未来方向。

高碘地下水的调查区域

在中国，高碘地下水（>100μg/L）广泛分布在内陆盆地 / 平原，如塔里木盆地、河套盆地、大同盆地、太原盆地、关中盆地、渭河流域和江汉平原，以及沿海地区，如华北平原（NCP）、鲁西平原、沂沭泗平原和长江下游地区。

含水层中碘的来源和宿主

碘在地壳中是一种超微量元素，平均浓度为 0.25 - 0.30mg/kg。与亲石元素（如砷和氟，其在含水层中的主要来源是岩石风化、河流搬运和下游沉积 ）不同，碘是一种亲生物元素，主要集中在源自海洋浮游生物和陆地植物的沉积有机质中。

导致地下水中碘富集的水文地质过程

含水层中的自然水文地质过程，如强烈蒸发和缺氧条件的逐渐发展，通过碘的浓缩、解吸以及富碘铁矿物的还原溶解，促进了地下水中碘的富集。盆地 / 平原地区地下水流动速率缓慢，使得水 - 岩相互作用时间长，有利于地下水中碘的释放和积累。此外，过度抽取地下水用于生活、工业和农业，改变了地下水的流动路径和水力梯度，也可能导致碘的迁移和富集。

导致地下水中碘富集的生物地球化学过程

微生物对碘形态的转化对 I^?的产生至关重要。由于 IO₃^?和 OI 是含水层沉积物中碘的主要形态，IO₃^?的还原和 OI 的降解在地下水中 I^?的产生和富集中起着关键作用。目前发现，含水层中的多种生物地球化学过程都能参与 IO₃^?还原为 I^?的过程，如异化 IO₃^?还原、铁 (III) 还原、硫酸盐还原和甲烷厌氧氧化。

展望

尽管过去几十年中国在高碘地下水研究方面取得了显著进展，但仍存在关键知识空白。未来需要在以下五个方面加大研究力度：一是调查放射性碘污染的地下水；二是识别和量化有机碘物种；三是表征甲烷厌氧氧化与 IO₃^?还原的耦合过程；四是研究碘的氧化和甲基化；五是开发经济有效的高碘地下水修复方法。通过这些研究，有望更深入地了解地下水中碘的行为，为地下水资源的可持续安全供应提供科学解决方案，并更好地理解全球碘循环。