马哈南达河水体、沉积物及本土鱼类重金属分布与生物富集特征及其人体健康风险评估

《Journal of Hazardous Materials Advances》：Distribution and bioaccumulation of heavy metals in water, sediment, and native fish of Mahananda River, Bangladesh with the human health implications

　　

： 水生栖息地对人类健康与福祉至关重要，其提供食物安全保障、淡水资源、经济生计及众多生态服务（Chaturvedi等，2025）。河流在任何国家的交通运输、农业、渔业及 domestic 活动中均扮演重要角色（Uddin & Jeong，2021）。然而，重金属及其他污染物日益加剧的污染已扰乱这些水生环境的自然生态平衡，威胁生物多样性、生态系统功能及其所提供服务（benefits）的可持续性，并已成为重大环境关切（Ben-Tahar等，2025；Ustao?lu等，2024；Huang等，2023）。已有研究涉及重金属议题，将其视为罗马尼亚山区饮用水源污染的关注点（Dippong & Resz，2024）。此外，Dippong等（2023）亦调查了湖水理化指标及金属污染，强调持续开展污染监测与保护的必要性。另一项研究发现86%的地表水样本存在金属污染，且受人为与地质因素共同影响（Dippong & Resz，2025）。 马哈南达河（Mahananda River）是恒河（Ganges）的一条主要跨界支流，发源于印度大吉岭（Darjeeling）山区，流经孟加拉国查派纳瓦布甘杰县（Chapainawabganj）约360公里后最终汇入恒河水系（Shil等，2019）。作为孟加拉国西北部唯一持续流动的河流，其为当地居民提供灌溉、水产养殖及饮用水。然而近几十年来，由于不受管控的农业径流、处理不充分的生活污水及工业废水排放，该河人为活动显著增加。 重金属可通过工业废水、生活污水、农用化学品径流及大气沉降进入河流系统，近几十年来已引起国内与国际广泛关注（Lipy等，2025；Younis等，2024；Li等，2021）。重金属排入河流后，其中许多悬浮于沉积物中并随时间发生生物放大（biomagnification），从而充当二次污染源（Lipy等，2021）。沉积物结合态金属可通过pH、氧化还原电位及有机质浓度的变化重新释放至水体中，从而使其可为水生生物所利用。尽管某些重金属对生物生存是必需的，但大多数重金属即使含量极低也会对各类生物构成重大威胁（Emon等，2023）。此外，砷（As）、镉（Cd）、铜（Cu）、铬（Cr）、铅（Pb）、汞（Hg）、镍（Ni）、硒（Se）、锌（Zn）等部分金属具有高毒性。鱼类通常被用作金属污染的生物指示物（bioindicator），因其可通过鳃吸收、摄食及皮肤直接接触累积污染物（Ali等，2023）。由于鱼类是孟加拉国居民饮食中蛋白质的主要来源，可食部分中的金属生物富集为人体暴露提供了直接途径，长期食用与神经、肾脏及致癌效应相关（Ullah等，2017）。 过去十年间，孟加拉国多条河流已报道重金属污染，主要集中在流经城市工业区的河流。跨界拉姆萨尔湿地（Ramsar site）坦古阿尔湖（Tanguar Haor）（Pinkey等，2024）、卡尔纳弗利河（Karnafuli River）河口（Rahman等，2022）、恒河洪泛平原农业生态区（Chakraborty等，2022）及达莱什瓦里河（Dhaleshwari River）（Lipy等，2021，2024）均已报道鱼类金属浓度升高及对消费者相关的健康风险。然而，这些研究主要集中于孟加拉国中部和南部，其污染源与该国西北部跨界系统存在显著差异。西北部河流处于独特的水文与污染环境，受跨境流入影响而非仅受国内工业废物影响，因此在以往研究中很大程度上被忽视。在其他国家，跨界河流现已受到更严格的审查。近期对巴基斯坦斯瓦特河（River Swat）进行了多指标风险评估，包括估算每日摄入量、目标危害商（target hazard quotient）及癌症风险（Khan等，2023）。类似地，近期研究已将印度—缅甸—孟加拉国跨界系统中鲥鱼（Tenualosa ilisha）体内的痕量金属沉积与人体健康风险相关联（Parvin等，2023）。近期在孟加拉国邻近地区也采用了类似综合框架。例如，对尼泊尔与印度共享的甘达克河流域（Gandak River basin）进行了从污染源到健康风险的全程评估，发现污染源分布于河流整个跨界长度（Rachna等，2025）。这些研究全面表明，综合多介质策略对跨界河流既可行也日益必要；然而，该框架尚未在马哈南达河实施。此前对印度上游河段（北比哈尔邦西曼查尔地带，Seemanchal zone of North Bihar）已给予一定关注，记录了水、沉积物及鱼组织中的重金属分布与生物富集（Kumar等，2020）。本研究填补了该河下游孟加拉国河段缺乏此类评估的空白。同时，需评估多项污染指标与生态风险指数，以恰当评估水生系统中金属污染的程度及潜在影响。已有研究呈现了多项理化水质指标，并将其整合为加权算术水质指数（WA-WQI）和加拿大环境部长理事会水质指数（CCME-WQI），以评估水质的总体及季节变化，揭示夏季—秋季期间污染更为严重（Mihali & Dippong，2023）。本研究采用污染因子（contamination factor）、生态风险因子（ecological risk factor）及地累积指数（geo-accumulation index）评估生态风险，通过目标危害商（THQ）和目标癌症风险（target cancer risk）估算人体健康风险。此外，采用多元统计分析，包括相关性分析、主成分分析（PCA）及层次聚类分析（HCA），为这条此前从未被评估过的跨界河流河段建立基线数据。 因此，本研究旨在全面评估马哈南达河水体、沉积物及十二种本土鱼类头部和肌肉组织中的重金属污染，以评估相关生态风险因子及人体健康影响。通过整合多介质污染评估、物种特异性金属生物富集、生态风险评价及人体健康风险评估，本研究提供了对马哈南达河重金属污染的综合认识。

论文解读：马哈南达河多介质重金属污染特征、生态风险及人体健康影响综合评估

一、研究背景与科学问题

水生生态系统为人类提供食物安全、淡水资源、经济生计及众多生态服务，河流在交通运输、农业、渔业和居民生活中发挥着不可替代的作用。然而，重金属等污染物日益加剧的输入已严重扰乱水生环境的自然生态平衡，威胁生物多样性与生态系统功能。重金属可通过工业废水排放、生活污水、农业径流及大气沉降进入河流系统，进入水体后大量重金属会悬浮并沉积于底泥中，并随时间推移发生生物累积与生物放大，使沉积物成为长期性的二次污染源。在特定pH、氧化还原电位及有机质浓度变化条件下，沉积物结合态金属可被重新释放进入水体，进而被水生生物摄取。

鱼类作为金属污染的理想生物指示物，可通过鳃吸收、食物摄入及体表接触等途径累积污染物。由于鱼类是孟加拉国居民膳食蛋白质的主要来源，可食部分中的金属富集构成人体直接暴露途径，长期食用与神经系统损伤、肾脏病变及致癌风险密切相关。

尽管孟加拉国多条河流已有重金属污染研究报道，但这些研究主要集中于该国中部和南部城市工业区，其污染源特征与西北部跨界河流系统存在本质差异。西北部河流受跨境流入影响显著，处于独特的水文与污染格局中，但长期被研究忽视。马哈南达河作为恒河的重要跨界支流，发源于印度大吉岭山区，流经孟加拉国西北部查派纳瓦布甘杰县约360公里后汇入恒河水系，是该地区唯一持续流动的河流，为当地提供灌溉、养殖及饮用水源。然而，该河近年来承受着来自无管控农业径流、处理不足的生活污水及工业废水排放的日益增长的人为压力。此前虽有研究关注该河印度上游河段的重金属分布，但下游孟加拉国河段从未进行过系统的多介质污染评估。因此，亟需开展涵盖水体、沉积物及鱼类等多介质综合评估，以明确污染程度、生态风险及对人体健康的潜在危害。

二、研究内容与主要结论

研究人员在河流五个采样站点（阿拉姆普尔、博阿利亚、乔达拉、巴塔市场和查尔阿努普纳加尔）采集水样和沉积物样本，并随机采集十二种本土鱼类样本（Glossogobius giuris、Puntius sophore、Amblypharyngodon mola、Gudusia chapra、Eutropiichthys vacha、Macrognathus pancalus、Rita rita、Mystus tengara、Channa punctata、Puntius sarana、Cirrhina reba、Mystus cavasius），每种鱼类设置三个重复样本。研究采用火焰原子吸收光谱法（F-AAS）和石墨炉原子吸收光谱法（GF-AAS）测定铬（Cr）、铅（Pb）、铜（Cu）、镉（Cd）及砷（As）等金属浓度，并综合运用污染因子（CF）、生态风险因子（Er）、地累积指数、目标危害商（THQ）及目标癌症风险（TR）等多项指标进行生态与健康风险评估。同时采用皮尔逊相关性分析、主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA）等多元统计方法解析金属来源及空间分布特征。

三、主要研究结果

3.1 水体与沉积物中的重金属含量

水体中铅（Pb）浓度普遍较低，低于世界卫生组织（WHO）限值，优于孟加拉国其他受污染河流如图拉格河和布里甘加河。锰（Mn）在查尔阿努普纳加尔站点显著偏低，反映其在低氧条件下具有氧化还原敏感性的迁移特征。汞（Hg）在阿拉姆普尔站点显著偏高，与该站点邻近工业排放口密切相关。铬（Cr）在巴塔市场站点浓度显著较高，可能与该区域制革废物排放有关。

沉积物中铅（Pb）浓度范围为11.60至23.77 ppm，低于美国环保署（USEPA）阈值效应水平（TEL：35 ppm），与帕苏尔河相当但低于布里甘加河，呈中度污染水平。镍（Ni）浓度10.67至20.60 ppm处于可接受范围。锰（Mn）浓度269.61至556.57 ppm，介于帕苏尔河与拆船区之间，指示该区域存在工业污染。汞（Hg）浓度0.063至0.129 ppm虽属低污染水平，但其毒性和生物放大潜力仍值得关注。铜（Cu）11.03至20.66 ppm及铬（Cr）19.50至41.33 ppm相对USEPA指南呈中度污染，其中阿拉姆普尔站点因工业污染浓度较高。镉（Cd）0.094至0.265 ppm和砷（As）4.70至9.85 ppm均低于USEPA阈值，属中度污染。研究明确指出沉积物作为金属长期蓄积库，对底栖生物及鱼类构成持续暴露风险。

3.2 鱼类头部和肌肉组织中的重金属

鱼类头部较肌肉组织呈现更高的金属累积，这归因于组织特异性代谢累积特征。汞（Hg）、铅（Pb）和镉（Cd）在肉食性鱼类如Channa punctata和Rita rita中浓度较高，且随营养级降低而增加。Macrognathus pancalus和Cirrhina reba等底栖及底层摄食鱼类因与沉积物密切接触，铜（Cu）、铬（Cr）和锰（Mn）含量较高。底层鱼类（demersal fish）较中上层鱼类呈现更高的金属浓度。鱼类中铅（Pb）含量低于联合国粮农组织/世界卫生组织（FAO/WHO）规定的0.3 ppm可接受限值。肉食性鱼类中汞（Hg）浓度较高，可能与周边风化、采矿、工业、市政及农业活动等潜在污染源有关。

3.3 生态风险与人体健康风险评估

通过污染因子（CF）和生态风险因子（Er）评估，马哈南达河整体处于中度污染水平。目标危害商（THQ）分析显示，通过食用该河鱼类摄入重金属的非致癌风险总体处于可接受范围，但特定金属在特定鱼类中的累积仍值得关注。目标癌症风险（TR）评估结果处于10^-4至10^-6的可接受范围内，表明终身食用该河鱼类致癌风险在可接受水平。然而，考虑到沉积物作为长期污染源的性质以及肉食性和底栖鱼类较高的生物富集潜力，持续监测和风险管理十分必要。

四、讨论与结论

研究讨论指出，马哈南达河重金属污染呈现明显的空间异质性，汞（Hg）在阿拉姆普尔的高浓度与工业活动及上游来流相关，铬（Cr）在巴塔市场的富集与制革排放和周边废物倾倒有关。鱼类金属累积模式受摄食生态、栖息地选择及生理调节机制共同影响，肉食性和底栖鱼类构成更高暴露风险群体。沉积物作为长期污染蓄积库的特性意味着即使外源输入得到控制，金属仍可能通过再释放持续影响水生态系统。

研究结论强调，马哈南达河处于中度污染水平，沉积物作为长期污染源需予以高度重视。肉食性及底栖鱼类呈现较高的生物富集水平，对依赖该河鱼类为食的当地居民构成潜在健康风险。研究建议亟需采取适当的河流管理与保护措施，包括控制工业与农业污染输入、建立长期监测体系，以及开展跨境污染协同治理，以保障该跨界河流生态系统的可持续性和当地居民的健康安全。