量化中国西南地区喀斯特地下水对新兴有机化合物的脆弱性

《Environmental Pollution》：Quantifying the vulnerability of karst groundwater to emerging organic compounds in southwest China

喀斯特地下水对新兴有机化合物（EOCs）的脆弱性评估基于云贵高原440个监测井2019年采样数据，发现Nap（82.27%）、ATZ（64.09%）、GLY（41.59%）和DOP（33.41%）为高检出率EOCs，空间异质性显著，农业活动贡献率23.65%，揭示EOCs迁移与水文地质特征耦合机制，提出量化评估框架。

　　在人类世背景下，喀斯特含水层因其在生活饮用水和灌溉用水方面的重要贡献，其水资源安全与可持续性问题备受关注。然而，目前对于这些含水层中由人类活动产生的新兴有机化合物（EOCs）的地下水脆弱性评估仍较为有限。为了填补这一研究空白，本研究通过全面筛查50项物理化学指标和50种EOCs，结合2019年在云南-贵州高原地区440个监测井的大规模采样行动，构建了一个定量评估喀斯特含水层对EOCs脆弱性的框架。研究结果表明，萘（Nap）、阿特拉津（ATZ）、草甘膦（GLY）和邻苯二甲酸二辛酯（DOP）在地下水中的检出率较高，分别达到82.27%、64.09%、41.59%和33.41%。此外，不同类型的含水层中EOCs的分布呈现出明显的空间异质性，特别是在喀斯特含水层中，农药的含量普遍高于孔隙水和裂隙水，这表明喀斯特含水层对人为压力具有较高的敏感性。

本研究还量化了主要人类活动对含水层变化的贡献，其中农业活动的贡献比例最高，达到23.65%，其次是日常生活活动（10.89%）和工业生产（11.58%）。通过结合含水层的水文地质特征与EOCs的来源分析，研究揭示了农业活动对喀斯特地下水的水化学演变及其资源安全产生了显著影响。这表明，农业活动在一定程度上加剧了地下水污染问题，对水资源的可持续利用构成了威胁。因此，研究强调了推行低影响农业发展和减少农药使用对于喀斯特地下水保护的重要性。研究结果不仅为喀斯特含水层的脆弱性评估提供了新的框架，也为地下水污染控制和饮用水安全提供了有益的参考。

喀斯特地貌在全球范围内广泛分布，约占地球陆地面积的10%。由于长期的水-岩相互作用，喀斯特含水层形成了大量的岩溶孔隙，促进了水的循环和储存，从而增强了其供水能力。因此，喀斯特含水层被视为重要的地下水资源库，为全球约25%的人口提供了可用水资源。然而，喀斯特含水层与地表环境之间存在较强的水力联系，尤其是在喀斯特地区中，垂直管道（如塌陷坑、竖井和溶洞）的高渗透性使得地下水更容易受到地表污染物的影响。这种特性在人类世背景下尤为突出，因为人类活动对地下水安全和地下生态系统稳定性的影响日益加剧。因此，深入理解喀斯特含水层对人为压力的动态响应及其累积效应，对于实现地下水的可持续开发具有重要意义。

新兴有机化合物（EOCs）是一类广泛存在于各种环境中的合成化学物质，包括工业添加剂、兽药、个人护理产品等。随着先进分析技术的应用，越来越多的EOCs被检测到，这些化合物因其迁移性强、持久性高、生物累积潜力大以及慢性毒性等特点，引起了广泛关注。与大气、河流、土壤和海洋等其他环境介质相比，地下水中的EOCs监测相对较少，这主要是由于采样条件的限制。然而，EOCs在地下水中的存在可能带来更持久和累积的污染风险，特别是在对污染物反应高度敏感的喀斯特含水层中，这种风险可能更加显著。因此，建立有效的EOCs监测和评估体系，对于保障地下水质量和防止资源危机至关重要。

喀斯特含水层的特殊结构决定了其对污染物的高敏感性。喀斯特地区通常具有较大的地下空洞和较高的水流速度，这使得地表水能够快速通过塌陷坑、竖井和溶洞等通道渗入地下水系统。这种快速的水文循环过程不仅加快了污染物的迁移，也减少了地下水的自然过滤和自净能力。因此，喀斯特含水层在面对EOCs污染时表现出更强的脆弱性。此外，喀斯特含水层中的基本储水单元往往是相互独立的，这进一步增加了污染物在不同储水单元间迁移和积累的复杂性。由于喀斯特岩层渗透性高度不均，污染物容易在某些区域集中储存，从而导致地下水污染的局部化和难以治理的特性。

为了更准确地评估喀斯特含水层对EOCs的脆弱性，本研究构建了一个综合框架，将EOCs筛查与多维度的人类活动识别相结合。通过分析来自典型喀斯特地区的440个地下水样本，研究不仅揭示了EOCs在该地区的组成和分布特征，还进一步探讨了这些化合物对地下水系统的影响。研究发现，喀斯特地下水对EOCs的脆弱性是孔隙水和裂隙水的3.39倍，这主要归因于农业活动带来的污染压力。农业活动的高贡献比例（23.65%）表明，其对地下水的污染具有显著影响，尤其是在农药使用方面。因此，农业活动的可持续发展和农药使用的科学管理成为保护喀斯特地下水资源的关键措施。

本研究的结果对全球范围内的喀斯特地区地下水管理具有重要的参考价值。通过建立定量评估框架，研究不仅提供了对EOCs污染风险的系统认识，还为制定有效的地下水污染控制策略提供了科学依据。此外，研究还强调了加强地下水监测和管理的必要性，特别是在那些对污染物反应高度敏感的喀斯特地区。未来的研究可以进一步探讨不同农业实践对地下水污染的具体影响，以及如何通过政策和技术手段减少农药和其他EOCs的使用，从而降低对地下水系统的潜在威胁。这些措施对于实现地下水的可持续利用和保障饮用水安全具有深远的意义。