切萨皮克湾城市流域多氯联苯污染沉积物溯源研究：基于风暴径流沉积物指纹识别技术的新探索

本研究针对切萨皮克湾Back River流域PCB（多氯联苯）污染沉积物来源不明的问题，通过沉积物指纹识别技术（sediment fingerprinting）量化了绿地（37.1%）和侵蚀河岸（44.0%）对风暴径流沉积物的主要贡献，首次验证了PCB作为示踪剂的局限性，为城市流域污染物治理提供了科学依据。

　　

在切萨皮克湾流域，多氯联苯（PCB）作为已被禁用40余年的持久性有机污染物（POPs），仍通过风暴径流持续输入水体，威胁着以鱼类消费为主要暴露途径的人类健康。尽管美国地质调查局（USGS）早前发现污水处理厂排放和风暴沉积物是PCB主要来源，但后者复杂的空间异质性和溯源技术空白，使得治理策略难以精准制定。这一困境在高度城市化的Back River流域尤为突出——该区域67.88%为住宅用地，37%地表被不透水层覆盖，却缺乏对沉积物来源的定量解析。

为破解这一难题，美国地质调查局的研究团队Ellie P. Foss等人创新性地将沉积物指纹识别技术（sediment fingerprinting）应用于PCB污染溯源。这项发表于《Journal of Contaminant Hydrology》的研究，通过采集绿地、住宅/商业区、河岸等潜在来源的沉积物样本，结合风暴事件中被动采样器捕获的悬浮沉积物及潮汐泥滩岩芯，构建了基于微量元素和碳组成的指纹模型。

关键技术方法包括：1) 在Herring Run子流域设置USGS流量监测站（01585219）采集目标沉积物；2) 使用被动采样器HR-64/65收集风暴悬浮沉积物；3) 采用多元统计区分源贡献；4) 检测PCB同系物作为潜在示踪剂的可行性。

研究结果揭示：

1. 沉积物来源贡献：绿地（37.1%）和侵蚀河岸（44.0%）是风暴沉积物的主要来源，而住宅和商业区道路材料贡献不足19%，颠覆了"不透水层主导输移"的传统认知。
2. PCB示踪局限性：尽管所有样本均检出PCB，但其浓度空间差异不足以区分不同土地利用类型，表明传统指纹模型需依赖微量元素/碳而非PCB。
3. 次级流域特征：Herring Run流域虽高度城市化，但沉积物主要来自自然源（绿地+河岸），暗示城市PCB污染可能通过吸附于自然源沉积物间接输入。

结论与意义：
该研究首次证实PCB不适合作为沉积物指纹识别的示踪剂，而基于微量元素的方法成功量化了城市流域沉积物来源贡献。这一发现为切萨皮克湾TMDL（总最大日负荷）管理提供了关键数据——治理策略需重点控制绿地侵蚀和河岸冲刷，而非仅聚焦不透水表面。此外，研究揭示了城市PCB污染的复杂传输机制：工业遗留污染物可能通过吸附于自然源沉积物实现长距离迁移，这对全球类似流域的污染物治理具有启示意义。值得注意的是，沉积物指纹识别技术虽能解析颗粒物来源，却无法直接预测PCB热点区，未来需结合污染物迁移模型提升管理精度。