巴西半干旱农村地区地下水氟残留水平与地质格局的关联性研究

《Scientific Reports》：Mapping residual water fluoride levels and geological patterns in a rural semi-arid area of Brazil

本研究针对巴西半干旱农村地区地下水氟暴露风险，通过采集Poco de José de Moura市24个农村区域的水样，结合地质特征分析，发现氟残留浓度范围为0.04±0.00至6.81±2.81 mgF/L，其中33.3%的样本超过WHO限值（1.5 mg/L）。研究揭示了当地氟富集与Rio do Peixe沉积盆地中氟化物矿物风化及半干旱气候下水文地球化学过程的关联，为氟中毒风险区域的公共健康干预提供了关键数据支持。

　　

在巴西广袤的半干旱腹地，清洁饮用水的获取一直是困扰当地居民的核心问题。对于许多偏远农村社区而言，地下水不仅是生活用水的主要来源，更是农业生产的命脉。然而，大自然在赐予生命之源的同时，也可能悄然埋下健康隐患——氟，这种在适量时能有效预防龋齿的元素，一旦过量便会成为引发氟骨症和 Dental Fluorosis（牙釉质氟中毒）的元凶。

巴西东北部的半干旱区域，以其独特的地质构造和气候条件，成为地下水氟污染的高发区。高温少雨的气候极大地加剧了水体的蒸发浓缩效应，而当地广泛分布的沉积岩和变质岩层中富含的氟磷灰石、萤石（Fluorite）等矿物，则为氟的溶出提供了充足的物质基础。尽管世界卫生组织（WHO）早已将饮用水氟含量的安全上限设定为1.5 mg/L，但在基础设施薄弱的农村地区，系统性水质监测的缺失使得数以万计的居民长期暴露在不可预知的健康风险之下。

正是在这样的背景下，由Santa Maria大学中心的Marcos Alexandre Casimiro de Oliveira领衔的研究团队，将目光投向了帕拉伊巴州（Paraíba）一个典型的半干旱小城——Poco de José de Moura。这项发表在《Scientific Reports》上的研究，旨在通过科学绘图与地质分析相结合的手段，揭示该地区地下水中氟残留的空间分布规律，并探寻其与地质构造的内在联系，从而为区域性公共卫生策略的制定提供实证依据。

研究方法概要

研究团队于2024年11月在Poco de José de Moura市的24个农村区域采集地下水样本。采样点选择基于社区健康报告，以家庭健康单位或聚集点（教堂、学校）为中心500米范围内进行。水样使用经高氯酸和去离子水清洗的Falcon管保存，低温避光运送至实验室。采用氟离子选择电极（Orion Model 96-09）连接离子分析仪（Orion EA-740），以TISAB II缓冲液按1:1比例处理样本，通过标准曲线（0.25-2.00 ppm F，r2>0.99）将毫伏电位值转换为氟浓度（mgF/L）。数据依据巴西第518号法规（2004年）和CECOL技术共识进行统计分析，将0.55-0.84 ppmF定义为适宜浓度范围。

研究结果

氟残留水平与空间分布

分析显示，所有采样点均检出氟残留，浓度跨度极大：最低值为S?o Geraldo的0.04±0.00 mgF/L，而最高值出现在Monteiro，达6.56±2.81 mgF/L。根据CECOL标准，仅25.0%的样本处于适宜范围，33.3%的样本氟含量超标。

空间化制图揭示，氟富集现象在沉积岩区尤为显著，特别是在市域北部靠近Jaguaretama结晶基底（以变质火成岩为主）及城市中心的区域浓度最高。这一分布模式暗示了地质构造对氟迁移的直接控制作用。

地质背景的关联性

研究区主要位于Rio do Peixe沉积盆地内，涵盖Antenor Navarro组和Sousa组。这些地层以粘土砂岩、碳酸盐岩夹层为特征，其中氟主要赋存于粘土矿物和云母类矿物（如黑云母Biotite）中。北部的Jaguaretama杂岩体由含黑云母的正片麻岩和角闪岩组成，其风化过程进一步贡献了地下水中的氟来源。半干旱气候下的强烈蒸发促使碳酸钙（CaCO₃）沉淀，降低水中钙离子浓度，抑制氟化钙（CaF₂，即萤石）的形成，从而加剧氟离子的溶解性。同时，低Ca/Na比和高pH环境削弱了氟在矿物表面的吸附，促进其向水体释放。

讨论与结论

本研究首次系统评估了Poco de José de Moura农村地区地下水的氟残留风险，证实了地质成因氟污染在半干旱环境中的普遍性。Monteiro、Pedro da Costa和Barreiros等地的极端高氟浓度（如Monteiro达6.56 mgF/L）已远超WHO安全限，标志着这些区域为氟中毒高风险区。这一发现与巴西其他半干旱地区（如Catolé do Rocha、S?o Jo?o do Rio do Peixe）及全球氟中毒热点（如印度、中国北方、突尼斯）的研究结果高度一致。

值得注意的是，研究存在一定局限性：未测定pH、电导率（EC）、主要离子（Ca²⁺、Na⁺、HCO₃^-）等关键水化学参数，限制了氟迁移机制的精确定量分析；也缺乏基于估计日摄入量（EDI）或危害商（HQ）的健康风险评估。未来需结合水文地球化学模拟和流行病学调查，明确氟暴露与儿童 Dental Fluorosis 患病率的剂量-效应关系。

尽管氟在适量时是龋齿预防的有效工具（社区饮水氟化被美国疾控中心评为20世纪十大公共卫生成就之一），但过量暴露的负面效应不可忽视。因此，在类似Poco de José de Moura的高氟区域，公共健康行动应聚焦于三大方向：建立常态化水质监测网络、推进除氟技术（如吸附法、反渗透）的社区化应用，以及通过健康教育提升居民对氟中毒的认知。唯有将地质学、水文医学与公共卫生政策深度融合，方能真正筑牢饮用水安全的防线，让每一滴地下水都成为滋养而非威胁。