利用大型无脊椎动物指标对韩国主要河流流域中沉积物中重金属的综合性风险评估

《Ecological Indicators》：Integrated risk assessment of sediment-bound heavy metals using macroinvertebrate indicators in South Korea’s major river basins

本研究通过整合化学指标和生物特征指标，评估了韩国四大河流流域（汉江、 Nakdong河、Geum河、Yeongsan-Seomjin河）的重金属污染生态风险，利用OMI（Outlying Mean Index）和耐受性指数将底栖无脊椎动物分为四类响应组（自然型、耐受型、特异型、特异耐受型），揭示了工业和城市区域的高污染特征，并提出基于生物指示物的综合管理框架。

　　重金屬污染對河流生態系統構成了嚴重的威脅，尤其是在工業化、城市化和農業活動日益增加的背景下。這種污染不僅影響水質，還會通過河流淤泥積累，成為潛在的二次污染源。傳統的評估方法往往只關注化學指標，而忽視了生物反應，因此，整合化學指標與生物特徵評估，對於全面了解生態風險具有重要意義。本文通過對韓國四大河流流域（漢江、桂川、 Nakdong 江、以及永川-順川河）中80個采樣點的重金屬污染分析，結合生態風險指數和生物指標，提出了一種新的評估框架，以更精確地識別重金屬污染的空間分布和生物影響。

### 重金屬污染的生態風險

在研究中，採用了生態風險指數（RI）來評估重金屬對生態系統的影響。RI是根據各個重金屬的污染程度和其對生態系統的潛在威脅計算得出的總指數。這種方法已被廣泛應用於環境研究中，用以評估淤泥中的重金屬污染。RI的計算基於每種重金屬的生態風險因子（ERi），而ERi則是根據重金屬的測量濃度與背景濃度的比率以及毒性響應因子（Tr）計算得出的。其中，Cd、As和Hg被認為是主要的風險因子，尤其是在工業和城市段落中。這些重金屬的高濃度可能導致生物群落的結構變化，影響水生生物的生存和繁衍。

### 生物指標與空間模式

為了更好地理解生物對重金屬污染的反應，研究採用了Outlying Mean Index（OMI）和物種特異性耐受值。OMI是一種多變量排序方法，用來量化物種的生態位和環境條件的差異。通過OMI和耐受值的結合，可以將物種分為四類：參考類（低OMI、低耐受性）、耐受類（低OMI、高耐受性）、特徵類（高OMI、低耐受性）以及特徵耐受類（高OMI、高耐受性）。這些分類反映了物種對污染的敏感性和適應性，從而幫助識別哪些物種可能作為重金屬污染的生物指標。

### 物種的分布與污染特徵

研究發現，某些物種如 *Bothrioneurum vejdoskynum* 和 *Polypedilum decematoguttatum* 在高風險地區頻繁出現，表明它們可能對慢性重金屬暴露具有高度敏感性。這類物種的出現與污染程度密切相關，因此可以作為監測污染的生物指標。此外，研究還發現，一些物種如 *Eisenia koreana* 和 *Anodonta woodiana* 在污染較高的地區表現出較高的耐受性，說明它們可能適應了污染環境。這種生物適應性的研究有助於了解不同物種在污染環境中的生存策略，以及它們在生態系統中的角色。

### 重金屬污染的來源與空間分布

研究通過主成分分析（PCA）和層次聚類分析，揭示了重金屬污染的空間分布模式。PCA顯示，PC1和PC2共同解釋了總變異的大部分，表明不同河流流域的污染模式存在顯著差異。工業和城市地區的重金屬濃度通常較高，這與人類活動如工廠排放、城市污水和農業運輸密切相關。相反，自然河流和湖泊的污染水平相對較低，但某些重金屬如As和Ni仍可能對生態系統產生影響。這些發現表明，重金屬污染的來源和分布具有高度的空間異質性，因此需要針對不同流域制定相應的管理策略。

### 研究的應用與意義

這種整合化學指標與生物特徵評估的方法，不僅提高了對淤泥污染的診斷能力，還支持了生態系統恢復和可持續河流管理的決策。通過對不同生物群落的反應進行分析，可以更精確地評估污染對生態系統的影響，並為環境監測和污染治理提供科學依據。此外，這種方法還可以應用於其他地區的生態風險評估，為全球範圍內的重金屬污染管理提供參考。

### 研究的局限性與未來方向

儘管本研究取得了重要的成果，但也存在一些局限性。例如，采樣設計更側重於提高分析的重複性，而非系統性地覆蓋時間變異，這可能導致對重金屬濃度和生物群落變化的季節性和年度間變異的評估不足。此外，PCA和OMI僅考慮了重金屬風險因子，未包括其他環境或生態因子，這可能影響對生物群落分布模式的全面理解。未來的研究可以通過增加采樣頻率、結合更多環境變量（如有機污染物、環境改變指標和水文變量）來進一步提高評估的準確性和全面性。

### 結論

總體而言，本研究通過整合化學指標與生物特徵評估，揭示了重金屬污染在不同河流流域的空間分布模式及其對生物群落的影響。這種方法不僅提高了對生態風險的診斷能力，還支持了生物指標的開發和生態系統管理策略的制定。未來的研究應進一步驗證重金屬的生物可利用性和積累途徑，開發更高解析度的空間預測模型，並考慮季節性和年度間的變異，以更全面地評估重金屬污染對生態系統的影響。此外，還應探索這些物種在不同流域和國際環境中的廣泛應用，以推動更具針對性的環境管理和生態保護措施。