中国信阳浉河沉积物中潜在有毒元素的城乡活动影响评估与来源解析

本研究针对农业城市信阳浉河沉积物中7种潜在有毒元素（PTEs）的污染特征，通过空间采样与BCR连续提取法，揭示城市活动对PTEs的贡献度达农业区的1.2-3.5倍，发现Mn和Cd具有显著生物有效性，PCA-MLR溯源表明污水排放与交通源为主要人为贡献源，为快速城镇化区域的水环境治理提供科学依据。

　　

随着全球工业化进程加速，河流沉积物中的潜在有毒元素（PTEs）污染已成为威胁水生生态系统和人类健康的重大环境问题。中国作为农业大国，在城镇化与农业生产双重压力下，河流系统正面临前所未有的PTEs输入风险。信阳市作为河南省粮食主产区（年产量占全省10%），其核心水系浉河同时承载着城市排污与农业灌溉功能，却缺乏系统的PTEs污染研究。

为解析这一科学问题，信阳师范学院联合云南省基础研究项目团队在《Journal of Contaminant Hydrology》发表研究，通过采集浉河18个沉积物样本，结合BCR连续提取法和PCA-MLR（主成分分析-多元线性回归）模型，首次量化了城乡活动对PTEs污染的差异化影响。研究发现城市段PTEs浓度高达农业区的3.5倍，其中锰（Mn）和镉（Cd）因富集于非残渣态（F1-F3）而具有显著生态风险，溯源分析锁定污水排放（贡献率58%）和交通源（32%）为核心人为输入途径。

关键技术方法包括：1）空间分层采样（覆盖浉河城乡梯度）；2）BCR四步连续提取法（酸溶态F1、可还原态F2、可氧化态F3、残渣态F4）；3）地累积指数与潜在生态风险指数评价；4）PCA-MLR混合受体模型溯源。

【研究结果】

1. 总PTEs含量特征：Mn（均值687 mg/kg）、Zn（198 mg/kg）、Cr（156 mg/kg）浓度居前，所有元素均超区域背景值，城市段Cu、Pb、Zn空间变异系数达35%-42%。

2. 化学形态分布：残渣态（F4）占比＞60%（Cr、Ni、Pb），但Mn（42% F1+F2）和Cd（38% F3）易迁移形态占比显著，生物可利用度评估显示Cd风险等级最高（RI=256）。

3. 源解析结果：PCA-MLR模型提取3个主成分（累计方差85%），交通排放源贡献Zn/Cu/Pb组合，农业源贡献Cd/As，生活污水主导Mn/Cr输入。

【结论与意义】
该研究创新性揭示农业城市河流PTEs污染的"城乡梯度效应"，首次证实信阳地区茶叶种植（Xinyang Maojian）相关农业活动对Cd的贡献率不足15%，而城市管网渗漏与道路径流是主要污染媒介。研究提出的"形态-空间-源"三位一体分析框架，为制定差异化的流域管理策略（如城市段重点控制污水管网、农业段优化施肥制度）提供理论支撑，对实现联合国可持续发展目标（SDG 6.3）具有实践价值。值得注意的是，Mn的高生物有效性（与当地花岗岩风化背景相关）提示需修订区域性水质标准，这一发现为全球类似气候带（北亚热带-暖温带过渡区）的河流治理提供重要参