可持续再生石膏复合材料的开发与优化，用于高性能电磁干扰（EMI）屏蔽

《Results in Engineering》：Development and Optimization of Sustainable Recycled Gypsum Composites for High-Performance EMI Shielding

本研究对黑龙江河主流表面沉积物中锌、铬、铅等7种重金属的污染特征及来源进行了分析，采用APCS-MLR和PMF模型评估了生态与健康风险。结果表明：锌含量最高（62.51±17.38 mg/kg），铅、铬次之；Cd和Hg存在中度生态风险，儿童总致癌风险（TLCR）略超安全阈值，主要来源为工业排放和农业活动，空间分布显示上游污染较轻，下游因人类活动加重。

　　这项研究主要关注了中国黑龙江流域表层沉积物中锌（Zn）、铬（Cr）、铅（Pb）、铜（Cu）、砷（As）、镉（Cd）和汞（Hg）的浓度分布、污染特征以及生态和健康风险评估。通过对45个采样点的沉积物进行分析，研究发现这些重金属的浓度顺序为Zn（62.51±17.38）> Cr（42.45±12.08）> Pb（28.16±5.91）> Cu（11.25±8.86）> As（7.20±3.70）> Cd（0.13±0.05）> Hg（0.03±0.02）。这一结果不仅揭示了重金属污染的现状，还为生态风险评估和污染源识别提供了重要依据。此外，研究还指出儿童群体面临的总致癌风险（TLCR）显著高于成人，尤其是与铅相关的风险，这一发现强调了儿童健康保护的必要性。

黑龙江流域作为中国东北地区的重要水系，其流域面积超过224.6万平方公里，流域内人口密集，工业活动频繁，因此重金属污染问题备受关注。该研究不仅评估了重金属在沉积物中的污染状况，还结合了生态风险和健康风险的综合分析，以全面了解重金属对生态环境和人类健康的影响。同时，研究还采用了APCS-MLR和PMF等多元统计模型，以定量识别重金属污染来源，为流域管理和生态安全提供了科学依据。

研究的采样和分析过程具有严谨性和系统性。在黑龙江主干流上，研究团队设立了45个采样点，采集了135个表层沉积物样本（深度为0–5厘米）。采样点覆盖了黑龙江上、中、下游不同区域，以及重要支流交汇处和人口及工业密集区，以确保研究结果具有代表性。采样后，样本被密封在聚丙烯袋中，保存在4±0.5摄氏度的冷藏条件下，直至实验室进一步分析。为了保证数据的准确性，每一样本均进行了三次测量，并使用中国国家标准的沉积物参考材料进行质量控制。研究中还采用了相对误差控制在10%以内的标准，确保了分析结果的可靠性。

在分析方法上，研究采用了ICP-MS和原子荧光光谱（AFS-9800）对Cr、Cu、Zn、Cd、Pb等重金属进行测定，而As和Hg则使用原子荧光光谱进行分析。研究中还引入了地积累指数（Igeo）和沉积物质量基准（SQGs）等评估指标，以量化重金属污染程度和生态风险。此外，研究还应用了潜在生态风险指数（RI）和健康风险评估模型，对沉积物中重金属的生态和健康影响进行了综合评估。

通过这些方法，研究发现重金属污染在黑龙江流域主要表现为中度风险，而镉（Cd）和汞（Hg）是主要的污染源。尽管非致癌风险在儿童和成人中均未达到显著水平，但儿童群体面临的总致癌风险仍需引起重视。同时，研究发现铅（Pb）相关的致癌风险高于其他重金属，这表明在儿童健康保护方面，铅污染是一个关键因素。此外，沉积物中的砷和汞含量在某些区域显著高于背景值，表明这些区域可能存在农业活动或工业排放带来的污染。

在污染源识别方面，研究通过APCS-MLR和PMF模型对重金属污染来源进行了量化分析。APCS-MLR模型将沉积物中的重金属浓度与主成分得分进行关联，以确定各污染源的贡献率。研究结果显示，工业活动、农业活动和交通排放是主要的污染源，其中工业活动与铬（Cr）和铜（Cu）的污染密切相关，农业活动则与镉（Cd）和汞（Hg）的污染有关，而交通排放则与铅（Pb）的污染联系紧密。同时，研究还发现一些未明确来源的重金属污染，可能与农业和交通活动相关，这表明需要进一步的调查和分析以明确这些污染源的具体来源。

为了更准确地识别污染源，研究还采用了PMF模型进行多因素分解分析。PMF模型能够更全面地反映污染源的分布特征，其较高的拟合度（R2）表明其在污染源识别中的优越性。研究结果表明，黑龙江流域的重金属污染源主要包括工业排放、农业活动、交通排放和自然过程。其中，煤炭开采是镉（Cd）污染的主要来源，而铅（Pb）污染则主要来自交通运输活动。

在健康风险评估方面，研究采用了美国环境保护署（USEPA）的模型，对成人和儿童的非致癌和致癌风险进行了量化分析。研究发现，虽然非致癌风险在总体上并不显著，但儿童群体的总致癌风险仍然较高，尤其是在铅污染较严重的区域。这提示在保护儿童健康方面，需要采取更严格的防控措施。同时，研究还发现，某些重金属如砷（As）、镉（Cd）和铬（Cr）的致癌风险在安全范围内，这表明当前的污染水平尚未对整体健康造成重大威胁。

为了更直观地展示重金属污染的空间分布，研究采用了地统计分析和克里金插值法（Kriging），结合ArcGIS 10.8等地理信息系统工具，生成了重金属污染的空间分布图。这些图谱显示了不同区域重金属污染的差异，为环境管理提供了重要的地理信息支持。此外，研究还结合了农业和工业活动的分布，分析了污染源的空间特征，以更好地理解污染的成因和传播路径。

在讨论部分，研究分析了重金属污染的成因和影响因素。例如，工业活动、交通运输和农业施肥等人类活动是重金属污染的主要来源，而自然因素如地质过程和土壤形成也可能对重金属的分布产生影响。此外，研究还指出，由于黑龙江流域的特殊地理和气候条件，如中温带大陆性季风气候，以及土壤中较高的硫化物含量，重金属在沉积物中的生物可利用性可能较低，从而影响其生态风险的评估。因此，研究建议在评估重金属生态风险时，应结合其生物可利用性，而不仅仅依赖于总含量。

研究还指出，尽管整体上非致癌风险较低，但儿童群体由于其身体发育尚未完全成熟，其对重金属的敏感性较高，因此需要特别关注。同时，研究发现，某些区域的重金属污染水平较高，如在黑龙江下游的某些地点，这可能与农业活动和工业排放有关。因此，研究建议在这些区域加强环境监测和污染治理，以降低重金属对生态和人类健康的潜在威胁。

研究还对不同模型的适用性和局限性进行了比较分析。APCS-MLR模型和PMF模型均能有效识别重金属污染源，但PMF模型由于其更高的拟合度，被认为在污染源识别方面更为准确。此外，研究指出，APCS-MLR模型在处理数据不确定性时存在一定的局限性，而PMF模型则能够更全面地考虑这些因素。因此，未来的研究可以结合这两种模型，以相互验证和补充，提高污染源识别的准确性。

研究还提出了未来研究的建议，包括将重金属污染与新兴污染物（如微塑料和有机污染物）相结合，以评估其协同效应。此外，研究建议关注气候变化对重金属在河流沉积物中迁移和转化的影响，特别是在高纬度寒冷地区的极端天气和径流变化可能对重金属污染产生新的影响。长期的监测计划和更精细的污染源识别技术（如同位素追踪）也是未来研究的重要方向，以更全面地理解和管理黑龙江流域的重金属污染问题。

总的来说，这项研究为黑龙江流域的重金属污染评估和管理提供了重要的科学依据。通过系统分析重金属污染的分布、来源和生态与健康风险，研究揭示了该流域重金属污染的现状及其潜在影响。同时，研究还指出了当前研究的局限性，并提出了未来研究的方向，以进一步完善对黑龙江流域重金属污染的理解和管理策略。这些发现不仅对黑龙江流域的环境治理具有指导意义，也为其他河流系统的重金属污染研究提供了借鉴。