基于污染负荷指数评估环境正义社区屋顶雨水收集系统的金属(类金属)污染特征及健康风险

本研究针对气候变暖加剧水资源短缺背景下，屋顶雨水收集系统(RHRW)在环境正义社区(EJ communities)的金属污染风险问题，通过分析亚利桑那州577份样本，首次将污染负荷指数(PLI)与内梅罗综合污染指数(NIPI)联用，发现采矿社区镍污染因子高达1340，季风期PLI显著升高(p<0.05)，为制定差异化干预策略提供科学依据。

　　

随着全球气候变化加剧干旱频率，人口增长与水资源需求矛盾日益突出。亚利桑那州作为典型干旱区，正面临地表水减少与地下水超采的双重危机。屋顶雨水收集系统(RHRW)因其成本低廉、可持续等优势，成为缓解水资源短缺的重要策略。然而，环境正义社区(EJ communities)由于邻近工业区或采矿场等污染源，其RHRW系统可能存在金属(类金属)污染风险，这种环境暴露差异可能加剧健康不平等。

为评估这一风险，亚利桑那大学研究团队联合社区科学项目"Project Harvest"，在2017-2020年间采集4个EJ社区(包括采矿重镇Globe-Miami)的577份RHRW样本，以及162份国家大气沉降计划(NADP)对照样本。研究创新性地将土壤污染评估指标——污染负荷指数(PLI)和Nemerow综合污染指数(NIPI)应用于水质评估，系统分析了11种金属(类金属)(As、Pb、Cd等)的污染特征及其驱动因素。

关键技术包括：(1)采用ICP-MS检测金属浓度；(2)基于背景值计算污染因子(CF)和PLI；(3)参照饮用水标准构建NIPI；(4)通过多元回归分析季节、土地利用和污染源距离的影响。样本覆盖城市/采矿社区及冬夏两季，确保数据代表性。

主要发现：

1. 金属污染特征：镍(Ni)的CF高达1340倍，采矿社区Globe-Miami的PLI范围(0.244-65.8)显著高于城市社区(0.118-13.1)。季风期PLI普遍高于冬季(p<0.05)。

2. 空间分布规律：非城市社区中，污染源距离每增加1公里，PLI降低33-38%(β=ln -0.33至-0.38)；而城市社区因多污染源叠加，该关系不明显。

3. 指数关联性：PLI与NIPI在所有用水类别中强相关，验证了PLI反映累积污染负担、NIPI评估用水适用性的互补价值。

结论与意义：
该研究首次证实PLI-NIPI联用可有效评估RHRW系统的复合污染风险。采矿社区呈现"高镍-季风加剧"的污染特征，而城市社区受多源扩散影响更复杂。pH值(β=ln 0.27)与距离因子等发现，为针对性设计雨水收集系统(如优化选址、季节性处理)提供依据。更重要的是，通过量化EJ社区的环境不平等，研究为制定差异化的公共卫生干预策略奠定了科学基础，推动实现联合国可持续发展目标(SDG6)中的水安全公平。

论文创新点在于：(1)将土壤污染指数成功迁移至水质评估领域；(2)揭示金属污染与社会经济因素的交互作用；(3)建立社区参与式环境监测范式。未来研究可结合微生物污染数据，完善RHRW风险预警体系。该成果发表于《Environmental Research》，为干旱区水资源管理提供了兼具科学严谨性和社会包容性的解决方案。