印度Vembanad湿地沉积物中重金属污染的季节性特征、来源解析及健康风险评估

本研究针对印度Vembanad湿地沉积物中潜在毒性元素（PTEs）污染问题，通过季节性采样分析Fe、Mn、Cu等9种金属含量，结合污染指数（CF、EF、Igeo）和多元统计方法（PCA-MLR、HCA），揭示了Cd、Zn等人为富集特征及工业/农业污染源主导性，首次整合生态风险指数（PLI=1.49，RI=251.69）与健康风险模型（儿童TCR值最高达9.24E-2），为热带湿地重金属治理提供科学依据。

　　

论文解读

在印度西南海岸的Vembanad湿地——这片被列入《拉姆萨尔公约》保护名录的热带滨海生态系统中，工业废水与农业径流正悄然改变着沉积物的化学组成。作为南亚最大的咸淡水栖息地，该湿地不仅维系着独特的生物多样性，更是数千渔民赖以生存的渔场。然而，随着科钦市及周边工业区的发展，镉（Cd）、铬（Cr）等潜在毒性元素（PTEs）通过沉积物-水界面的动态交换，持续威胁着水生生物和周边居民健康。尽管前人研究已证实该区域存在重金属污染，但关于其季节性迁移规律、精确污染源贡献率以及人体暴露风险的系统性研究仍属空白。

科钦大学科学与技术学院的研究团队通过14个采样点的四季监测，首次将地球化学指数与健康风险模型相结合，在《Journal of Contaminant Hydrology》上揭示了这一生态敏感区的污染全貌。研究采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定沉积物中9种PTEs含量，运用污染负荷指数（PLI）、潜在生态风险指数（RI）等7种指标评估污染程度，并通过主成分分析-多元线性回归（PCA-MLR）和层次聚类分析（HCA）解析污染源。

研究结果

重金属分布特征
数据显示，铁（Fe）以35,668.07±20,082.98 mg/kg的浓度居首，而生物毒性强的镉（Cd）虽平均浓度仅2.21±0.78 mg/kg，其污染因子（CF=4.17）和富集因子（EF=7.73）却最高，表明显著人为输入。锌（Zn）和铬（Cr）分别以155.96±99.45 mg/kg和119.94±79 mg/kg的浓度成为第二污染梯队。

季节性差异
季风期金属浓度普遍升高，其中镍（Ni）和铬（Cr）的波动幅度达40%，这与降雨冲刷带来的陆源输入增强直接相关。干旱季节沉积物再悬浮则导致镉（Cd）的二次释放。

生态风险
综合评估显示，该湿地处于中度至显著污染水平：PLI=1.49，RI=251.69。镍（Ni）和铬（Cr）的改性危害商（mHQ）分别达3.19和2.76，对底栖生物构成高风险。

健康风险
儿童群体的总致癌风险（TCR）中，镍（Ni）贡献最高（9.24×10^-2），远超10^-4的安全阈值。经口摄入和皮肤接触是主要暴露途径，渔民等职业群体面临更大威胁。

污染源解析
PCA-MLR模型指出工业排放（贡献率58.7%）和农业径流（31.2%）是主导因素。其中电子废弃物处理厂排放的镉（Cd）与化肥中的锌（Zn）形成特征污染组合。

结论与意义

该研究创新性地构建了"污染指数-源解析-健康风险"三位一体的评估框架，证实Vembanad湿地沉积物已成为PTEs的"汇"与"源"。特别值得注意的是：

1. 首次在热带湿地中发现镉（Cd）的"双高特征"（低浓度但高EF值），提示传统浓度导向的评估可能低估其风险；
2. 建立的PCA-MLR源解析模型为发展中国家类似湿地的污染溯源提供了可复制方法；
3. 儿童TCR值超标现象呼吁将娱乐用水安全纳入湿地管理规范。

这项研究不仅为印度《湿地保护法案》的修订提供了数据支撑，其提出的"技术处理-生态修复-社区参与"三级防控策略（如建议安装电动离子交换污水处理系统）已被当地环保部门纳入2025年行动计划。未来研究可进一步追踪PTEs在食物链中的迁移转化，特别是经济贝类生物富集对渔民健康的长期影响。