揭示河流流域地球化学变异的主导与潜在因素：统计与可视化方法的创新应用

本研究针对意大利南部Sabato河流域潜在毒性元素(PTEs)的分布特征，采用样本集水区(SCB)策略和成分数据分析(CoDA)方法，通过稳健主因子分析(RPFA)和等距对数比(ilr)平衡技术，揭示了流域内以火山碎屑岩风化为主的自然过程主导地球化学变异，创新性提出"彩虹地图"可视化多过程空间共现模式，为区分人为与自然源贡献提供了方法论范例。

　　

河流系统作为地球化学物质迁移的重要载体，其沉积物组成犹如一本记录流域环境变迁的"地质日记"。在意大利南部的Sabato河流域，快速工业化进程与复杂地质背景交织，使得区分自然风化与人为污染对潜在毒性元素(PTEs)的贡献成为环境治理的难题。传统地球化学方法在解析多源混合信号时面临挑战，尤其当数据具有成分特性（各部分总和恒定）时，常规统计可能产生伪相关。这正是国家自然科学基金资助的研究团队选择该流域作为"天然实验室"的原因。

研究团队创新性地将成分数据分析(CoDA)与多尺度空间分析相结合。2018年秋季采集的35个河流沉积物样本，每个都精确关联其上游集水区(SCB)。通过中心对数比(clr)转换破解成分数据限制后，采用稳健主因子分析(RPFA)提取隐藏信号，并首创"彩虹地图"可视化技术展现多过程空间竞争关系。这些方法的应用使研究突破传统地球化学调查的局限。

【研究结果】
<研究区域>
Sabato流域位于亚平宁山脉东南部，新生代火山活动形成的火山碎屑岩覆盖层与构造运动塑造的复杂地形，为研究自然-人为相互作用提供了理想场所。

<采样与化学分析>
采样策略严格遵循FOREGS标准，在工业区下游及支流汇入点等关键位置获取代表性沉积物。X射线荧光光谱等分析技术确保PTEs数据质量，为后续CoDA提供可靠基础。

原始数据与Campania区域上基线限值(UBL)对比显示，Cu、Zn、Pb在特定点位异常。但clr转换后异常信号显著弱化，暗示这些"异常"可能源自地质背景而非人为输入。

<适用性与局限>
研究指出采样密度与流域大小的非线性关系是主要限制。建议未来研究采用自适应采样策略，在重点区域加密布点以提高分辨率。

<结论>
RPFA揭示火山碎屑岩风化是主导地球化学变异的第一因子（解释方差>40%），而人为影响仅局部显著。ilr平衡技术证实粒度变化与地质背景的协同作用，工业排放的贡献被限制在有限空间范围内。

这项发表在《Journal of Geochemical Exploration》的研究，通过方法论创新实现了三大突破：首先建立成分数据与形态特征的关联模型，其次开发"彩虹地图"实现多过程空间共现可视化，最终证实Sabato流域仍以自然过程主导。该工作不仅为类似流域的环境评估提供范式，其提出的AT（异常阈值）判定标准更拓展了环境地球化学监测的理论框架。研究特别强调，在工业化流域管理中，必须区分真实的污染异常与高背景值区域，避免治理资源的错配——这一洞见对全球面临类似挑战的地区具有重要借鉴价值。