黎巴嫩北部Abou Ali河中重金属的时空分布评估与来源识别

《Environmental Challenges》：Spatio-temporal Assessment and Source Identification of Heavy Metals in the Abou Ali River, North Lebanon

黎巴嫩阿布阿里河2015-2017年六次季节性采样分析显示，上游受自然地质影响，中游因农业和城乡混合污染，下游（尤其是Tripoli港）因工业排放、垃圾填埋和污水直排导致重金属严重超标。ICP-MS检测发现Fe、Pb、Cd、Hg、Zn等超标，空间梯度明显，季节性变化与干季稀释不足相关。研究首次建立该河系统重金属基线数据，揭示污染源时空异质性，为流域管理和健康防护提供科学依据。

　　### 重金属污染对阿布阿里河的影响与研究分析

阿布阿里河是黎巴嫩北部的重要淡水来源，流经贝鲁特、特里波利等地区，为农业灌溉、水电生产和当地居民生活提供支持。然而，由于缺乏系统的重金属污染评估，该河流面临着严重的环境挑战。近年来，随着城市化和工业活动的增加，阿布阿里河的水质状况持续恶化，尤其是上游地区的自然背景值与下游工业区的污染水平形成了鲜明对比。本研究通过采集96个地表水样，覆盖16个不同站点，并结合统计分析方法，对阿布阿里河中12种优先重金属（如铝、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、砷、镉、汞和铅）的时空分布进行了全面评估。这些金属在河流中表现出显著的空间异质性和季节性变化，反映出自然地质来源与人类活动之间的复杂关系。

### 研究背景与意义

重金属污染是全球淡水生态系统面临的主要环境问题之一。这类污染物具有持久性、生物累积性和毒性，一旦进入水体，很难通过自然过程降解，且容易通过食物链传递，对生态系统和人类健康造成长期威胁。相比之下，有机污染物可以通过生物降解和化学转化被部分消除，而重金属则因其在环境中的稳定性和迁移能力，更容易在环境中积累。重金属主要通过自然过程（如岩石风化和土壤侵蚀）和人类活动（如工业排放、农业径流、市政污水等）进入水体。在发展中国家，由于污水处理设施不足和环境监管薄弱，河流往往成为重金属污染的主要载体，进一步加剧了水资源的污染风险。

在黎巴嫩，水资源正受到人口增长、无序城市扩张以及缺乏有效的固体废弃物和污水管理的影响。尤其是在阿布阿里河流域，由于上游地区的农业活动和下游的工业排放，重金属污染尤为严重。此外，特里波利的市政垃圾场附近的河段更是污染的热点区域。目前，关于黎巴嫩河流的重金属污染研究仍显不足，大多数文献主要关注微生物和有机污染物，而对重金属的关注有限。因此，本研究填补了这一知识空白，为水资源管理和公共健康保护提供了科学依据。

### 研究方法与实施

本研究在阿布阿里河上选取了16个代表性采样点，涵盖了上游、中游和下游不同区域。这些站点的设置基于地理位置、水文条件和可访问性，以确保对点源（如工业排放和污水处理厂）和非点源（如农业径流和城市雨水）污染的全面评估。在2015年至2017年间，研究团队进行了六次实地采样，分别对应夏季、干旱期和雨季，以获取时间维度上的污染数据。每次采样均采集三份瞬时水样，并在采集后迅速保存于4°C的冰箱中，随后运送到巴勒莫大学的环境工程实验室进行分析。

水样在实验室中经过0.45微米的玻璃纤维滤膜过滤后，使用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）进行多元素分析。为了确保分析的准确性，实验中采用了标准参考物质（NIST 1643f）进行校准，并通过重复测量和空白样品的分析验证了数据的可靠性。研究还对每种金属的检测限（LOD）和定量限（LOQ）进行了计算，确保分析结果的精确性。此外，研究采用了多种统计工具，如方差分析（ANOVA）、皮尔逊相关性分析和主成分分析（PCA），以揭示污染的空间分布模式、污染源类型以及重金属之间的相互关系。

### 研究结果与讨论

#### 空间分布特征

从空间分布来看，阿布阿里河的污染呈现出明显的梯度变化。上游站点（S2–S5）受自然地质过程影响较大，重金属浓度相对较低，主要来源于土壤侵蚀和岩石风化。中游站点（S6–S12）则受到农业活动和小型工业排放的影响，重金属浓度显著上升。例如，S6的总金属浓度达到611 μg/L，是上游站点的几倍，表明农业和小型工业活动对中游水质产生了重要影响。下游站点（S13–S16）则表现出最高的污染水平，尤其是S16（河口）的总金属浓度高达1743 μg/L，远超其他区域。这主要是由于特里波利及其周边地区的城市化和工业化进程，导致大量未经处理的污水、工业废水和固体废弃物渗漏入河中。

不同金属的空间分布也呈现出一定的特征。例如，Fe、Cd、Cu、Zn和Hg在下游站点的浓度明显高于上游和中游区域，显示出人为污染的主导作用。而Al和As则在中游和下游站点中表现出较高的浓度，这可能与农业活动中的肥料和农药使用有关。此外，PCA分析结果表明，PC1主要反映了污染的总体强度，包括自然和人为来源的金属；而PC2则区分了自然地质来源和人为活动的影响。PC1得分较高的站点通常表现出较高的污染水平，而PC2得分较高的站点则与自然来源的金属（如Al、Mn和Pb）有关。这一结果表明，阿布阿里河的污染主要由人为活动驱动，而自然来源则在一定程度上提供了背景值。

#### 时间分布特征

从时间维度来看，阿布阿里河的重金属浓度在不同季节间存在显著差异。研究表明，干旱季节的金属浓度普遍高于雨季，这主要是由于水流减少导致污染物的稀释作用减弱，同时工业和农业活动持续排放污染物。例如，Al、As和Hg在干旱季节表现出显著的富集趋势，这可能与低流量条件下土壤和岩石中的金属释放有关。此外，Cu、Pb和Cd的浓度在干旱季节也有所上升，反映出农业和城市废水排放的累积效应。

研究还发现，不同年份之间的污染水平变化较小，表明重金属污染具有一定的稳定性。这可能与污染源的持续性和固定性有关，例如市政污水和工业排放。然而，某些金属如Cd在不同年份之间表现出显著的波动，这可能与降雨量、农业施肥强度和污染物迁移路径的变化有关。这种季节性波动为理解重金属在河流中的迁移和转化提供了重要线索。

#### 污染水平与毒性评估

研究团队将阿布阿里河的重金属浓度与世界卫生组织（WHO）和欧盟（EU）的标准进行了比较。结果显示，除了Al外，其他金属的平均浓度均显著高于WHO和EU的限值，尤其是Fe和Pb的超标情况尤为突出。Fe和Pb的浓度在多个站点均超过安全阈值，表明这些金属对生态系统的潜在危害。此外，部分站点（如S13和S16）的Cd、Al和Mn浓度也超过推荐限值，显示出特定区域的污染热点。

除了比较标准，研究还采用了水生毒性参考值（TRVs）进行生态风险评估。结果显示，Al、Mn、Cd、Cu、Zn和Pb的浓度在多个站点均超过TRVs，表明这些金属对水生生物具有潜在毒性。特别是Pb和Hg，因其在生物体内的长期积累特性，对人类健康和生态系统的威胁更为严重。研究还发现，某些金属如As、Cr和Co的浓度虽然低于毒性限值，但仍然高于自然背景值，提示其可能来自农业活动或自然地质来源。

#### 金属间的相互关系

通过皮尔逊相关性分析，研究团队发现不同金属之间存在显著的关联性。例如，Zn、Fe、Cr和Hg之间的高相关性表明它们可能来源于相似的污染源，如工业排放、城市径流和机械加工活动。此外，Mn与Cu、Cd和Pb之间的强相关性也反映出农业活动对这些金属的贡献。研究进一步指出，这些金属的共存可能与农业化学品的使用有关，例如肥料和农药中的金属成分。

PCA分析进一步揭示了不同金属的来源特征。PC1主要反映了污染的整体强度，而PC2则区分了自然来源和人为活动的影响。这一分析结果表明，阿布阿里河的污染不仅来自工业和城市排放，还受到农业活动和自然地质过程的共同影响。特别是在下游区域，污染源的多样性导致多种金属的共存，进一步增加了治理的复杂性。

### 研究意义与未来展望

本研究首次系统地评估了阿布阿里河的重金属污染情况，为黎巴嫩的水资源管理和环境保护提供了重要的科学依据。研究结果表明，阿布阿里河的污染具有明显的空间异质性和季节性变化，上游地区受自然因素影响较大，而下游地区则主要受到人为活动的影响。这种污染模式对农业、水电生产和居民生活构成了重大威胁，尤其是在干旱季节，污染物的浓度进一步升高，可能对饮用水安全和农作物健康产生不利影响。

研究还强调了对污染源的识别和管理的重要性。通过统计分析，研究团队明确了不同金属的主要来源，例如Fe和Pb主要来自工业和城市排放，而Cd和Zn则可能与农业活动有关。此外，研究建议未来应加强污染物的来源分析，结合水文模型和生态风险评估，进一步探讨重金属在河流中的迁移路径和对环境的长期影响。同时，研究指出，建立系统的河流金属数据库有助于政府和相关部门制定更有效的环境政策，提升水资源管理的科学性和针对性。

本研究的成果不仅对黎巴嫩具有重要意义，也为其他面临类似污染问题的国家和地区提供了参考。通过系统的重金属污染评估，研究为制定环境监测计划、优化污水处理设施和加强固体废弃物管理提供了科学支持。此外，研究还为农业安全和公共健康保护提供了依据，有助于评估污染对食品安全和人类健康的潜在影响。

综上所述，阿布阿里河的重金属污染问题不容忽视。通过系统的时空分析和污染源识别，本研究为黎巴嫩的水资源管理和环境保护提供了重要的科学依据，同时也为未来的研究方向和政策制定提供了指导。只有通过持续的监测和综合治理，才能有效缓解重金属污染带来的生态和健康风险，确保河流资源的可持续利用。