马尔马拉海流域水质空间变异、生态毒理风险与污染源解析研究

《Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C》：Spatial variation in water quality, their ecotoxicological risks, and source apportionment in the Marmara Sea Watershed, Türkiye

本研究针对马尔马拉海流域水体污染与生态风险问题，系统评估了60条入海河流的水质状况。研究人员通过水质指数(WQI)、营养物污染指数(NPI)和危害指数(HI)等综合指标，结合主成分分析(PCA)和聚类分析(CA)等统计方法，揭示了Gemlik湾和?zmit湾为高风险区域，并识别出Gemlik溪、Gebze溪等关键污染源。该研究为流域污染防控和海洋生态保护提供了重要科学依据。

　　

位于土耳其西北部的马尔马拉海，作为连接黑海和地中海的重要通道，近年来面临着严峻的生态挑战。这片海域不仅是约4万艘船只年通行的航运要道，更是土耳其人口最密集、工业最发达的核心区域。随着沿岸城市化和工业化进程的加速，大量未经处理的污水和农业径流通过数十条河流汇入海洋，导致海水富营养化问题日益严重，甚至引发了令人担忧的"海洋粘液"现象。

这种粘液状物质的大量繁殖不仅消耗水中氧气，形成缺氧区，还对海洋生物造成致命威胁。尽管此前已有研究关注个别河流或局部海域的污染状况，但对整个马尔马拉海流域进行系统评估的研究仍然缺乏。为此，特拉基亚大学的研究团队开展了这项开创性工作，对60条直接注入马尔马拉海的河流进行了全面调查，相关成果发表在《Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C》上。

研究团队在2024年5月12日至26日的春季采样期内，采用标准化的现场测量和实验室分析方法，对溶解氧(DO)、电导率(EC)、pH值、总溶解固体(TDS)以及多种营养盐指标进行了精确测定。通过水质指数(WQI)和营养物污染指数(NPI)评估生态风险，运用危害商(HQ)和危害指数(HI)模型进行健康风险评价，并结合主成分分析(PCA)和聚类分析(CA)等多元统计方法解析污染来源。

水质特征分析结果

研究发现流域内水质参数呈现显著空间变异。溶解氧(DO)浓度范围从?anakkale溪流的0.40 mg/L到Belk?s溪流的10.6 mg/L，硝酸盐氮(NO₃-N)和磷酸盐磷(PO₄-P)的平均浓度分别为1.23 mg/L和0.35 mg/L。特别值得关注的是，Gemlik湾溪流的平均亚硝酸盐氮(NO₂-N)浓度(1.09 mg/L)比Gelibolu半岛溪流高出约200倍，而?zmit湾溪流的铵氮(NH₄-N)平均浓度(2.26 mg/L)更是高出50倍之多。

生态风险评估结果

水质指数评估显示，高达50%的溪流水质被归类为"不适宜"等级，仅有20%达到"优良"标准。营养物污染指数结果同样不容乐观，35%的溪流属于"高度污染"类别。地理分布上，Gemlik湾区域的WQI平均值(3158)显著高于其他区域，而Tekirda?地区的NPI值(14.2)表明该区域营养盐污染尤为严重。

健康风险评价结果

健康风险评价揭示了不同年龄群体的风险差异，儿童和青少年表现出更高的敏感性。Gemlik溪流的危害指数(HI)最高，儿童群体达到6.34，远超安全阈值。总体而言，约10%的溪流对儿童构成高风险(HI>1)，这一发现对沿岸居民的饮用水安全提出了警示。

统计分析结果

主成分分析识别出两个主要污染源：解释方差35.6%的"污水因子"(与NH₄-N、浊度和PO₄-P正相关)和解释方差32.9%的"农业因子"(与NO₃-N和NO₂-N相关)。聚类分析将采样点划分为五个营养状态组，从寡营养到富营养梯度分布，为差异化治理提供了依据。

研究表明，马尔马拉海流域正面临严重的生态威胁，Gemlik湾和?zmit湾作为高风险区域需优先关注。Gemlik溪、Gebze溪和?erefli溪被确定为关键污染源，其中?anakkale溪流的溶解氧浓度低至0.40 mg/L，已低于鱼类生存的缺氧阈值(2 mg/L)。污染源解析表明，生活污水和农业活动是主要贡献源，这与沿岸地区高密度的人口分布和发达的工业农业活动密切相关。

该研究首次实现了对马尔马拉海全流域水质的系统评估，为理解营养盐输入与海洋粘液形成机制提供了重要科学依据。研究结果强调，要实现马尔马拉海的生态恢复，必须加强对Gemlik湾、?zmit湾等重点区域的污染控制，特别是提升污水处理厂除磷脱氮效率，严格工业废水预处理标准。这一综合性研究不仅为当地环境管理提供了精准的决策支持，也为类似沿海流域的污染治理提供了可借鉴的方法框架。