《Anthropocene》：Anthropogenic controls on heavy-metal dynamics in river water within the ‘Mn Triangle’, China’s largest manganese-mining region
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摘要河水是地表水循环的重要组成部分，然而，在人类活动（如采矿）日益加剧的背景下，河流重金属（HMs）污染问题日益凸显。本研究在中国最大的锰矿聚集区——松桃河（STR）流域采集了河水样品，对11种重金属进行了检测，以揭示其动态变化、来源及健康风险。检测结果表明，干季和湿季中Fe
摘要
河水是地表水循环的重要组成部分，然而，在人类活动（如采矿）日益加剧的背景下，河流重金属（HMs）污染问题日益凸显。本研究在中国最大的锰矿聚集区——松桃河（STR）流域采集了河水样品，对11种重金属进行了检测，以揭示其动态变化、来源及健康风险。检测结果表明，干季和湿季中Fe、Zn、Mn和Mo的浓度最高，且Fe和Zn的浓度在干季普遍高于湿季。V、Mn、Co和Cu的浓度总体上从上游向下游逐渐增加。受体模型解析了4种重金属来源，即交通过程、自然过程/化石燃料燃烧、生活污水以及采矿/锰工业，干季贡献率分别为26.2%、10.3%、29.2%和34.3%，湿季分别为9.8%、14.6%、61.7%和13.9%。来源特异性健康风险评估表明，干季和湿季致癌和非致癌风险的主要来源均为自然过程与化石燃料燃烧的混合来源。本研究在锰矿产资源开发的背景下，系统阐述了松桃河流域的重金属动态变化及环境风险，为当地水资源治理和环境保护提供了科学依据。
引言
尽管河流具有在一定范围内自我调节和恢复外部干扰的能力（Naiman and Bilby, 2001），但如果人类活动对河流生态系统施加过大的压力，不仅会破坏其自我修复机制，甚至可能威胁生态系统的完整性和公众健康。随着城市化进程的加快和人类活动影响强度的增加——如农药和化肥的使用、工业废水排放以及采矿作业——水体的生态环境逐渐恶化（Palansooriya et al., 2020, Zeng et al., 2022）。重金属（HMs）是一类具有持久性和潜在毒性的污染物（El Azhari et al., 2017, Pourret and Hursthouse, 2019, Costa-B?ddeker et al., 2020, Cui et al., 2025）。它们不可生物降解，并倾向于在土壤、水体和生物圈中富积。加之其高毒性，一旦释放到环境中，将对河流生态系统和公众健康构成严重威胁（Wu et al., 2018, Xiao et al., 2019b, Rajkumar et al., 2020, Ali et al., 2026）。研究表明，饮用Bons河水的居民仍面临非致癌和致癌的健康危害，成年人面临的健康风险水平更高（Saha et al., 2017）。Maroon–Jarahi河流域的研究表明，水体中的Cd和As是生态风险的主要来源；当地居民因饮用或长期接触河水而面临潜在的健康危害，儿童尤为脆弱（Hedayatzadeh et al., 2024）。因此，开展河流重金属污染研究对生态环境保护及人类健康保护具有至关重要的意义。
水体中的重金属污染是全球性的环境问题（Tiwari et al., 2015, Ali and Khan, 2018, Zeng et al., 2020）。其中，采矿和冶炼区域内的河流重金属污染尤为严重（Klubi et al., 2018），这也是近年来国内外学者广泛关注矿区水体重金属污染的主要原因。加纳Pra河的研究表明，水体中Fe的浓度最高，而多个采样点Cd、Pb和Cr浓度偏高，主要归因于采矿副产物排入河流（Duncan and Owens, 2019）。受农业化学品和电镀工业的影响，孟加拉国Feni河的沉积物受到Ag、Co和Hg的污染（Islam et al., 2018）。研究人员调查了湖南湘潭一个锰矿对区域水环境的影响，发现水体中存在不同程度的重金属污染。Zn和Mn主要来源于矿石开采、尾矿运输、尾矿处置和冶炼排放，而Cu和Ni主要归因于矿区采矿作业和运输（Ren et al., 2015）。研究发现，锰矿开采和冶炼活动对广西黑水河流域的水体和沉积物构成了环境风险（Huang et al., 2016）。重金属污染物可通过多种途径进入河流，主要来源是直接排入地表径流的工业和采矿废水以及生活污水。在某些情况下，即使采矿活动停止后，重金属排放仍可能持续存在（Cai et al., 2017, Klubi et al., 2018）。
松桃县位于贵州省、湖南省与重庆市的交汇处。由于其地处三省市交界地带，松桃县与湖南省花垣县及重庆市秀山县共同构成了"锰三角"地区。该县锰矿主要为碳酸盐型。锰矿开采业的迅速扩张导致了严重的生态破坏，电解锰行业的废水排放和废渣堆积对区域地表水和地下水环境构成了重大生态威胁。松桃河上游是松桃县锰冶炼业的集中区域，而下游则属于花垣县的锰深加工区。作为"锰三角"地区的核心河流，它也是受锰工业污染影响最为严重的河流（Hu et al., 2008, Zhang et al., 2017）。有学者指出，松桃河干流及某些支流的锰（Mn）浓度显著超标，表明存在一定程度的生态风险（Xie et al., 2022）。以往对"锰三角"（包括松桃河和花垣河）的研究主要报道了金属浓度和常规的整流域风险评估；很少有研究进行季节性的PMF源解析并将健康风险进一步分解到不同的污染源。因此，本研究对中国西南地区锰矿区的松桃河水中重金属的变化特征进行了调查。本研究的主要目标包括：(a) 调查重金属的浓度及时空分布特征，(b) 识别松桃河水中重金属的潜在来源，以及(c) 量化重金属来源特异性的健康风险。
章节片段
研究区
松桃县位于贵州省东北部，地理坐标为东经108°35′42″至109°23′30″，北纬27°49′40″至28°30′20″（图1）。该县地处云贵高原东缘与湘西丘陵的过渡带，全县平均海拔650米。松桃县属亚热带季风气候，四季分明，气候温和。该县拥有20余种矿产资源。
重金属浓度
松桃河27个采样点的重金属及理化参数（V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Sb、As、T、pH、EC、DO）统计数据见表1。水温（T）是调节水环境物理化学反应速率和微生物活性水平的重要因素。在松桃河流域，干季水温中位数为19.2°C，而湿季显著升至26.5°C，呈现出明显的季节变化。
结论
本研究对松桃河溶解性重金属进行了系统调查，以确定其变化规律、来源和健康风险。松桃河流域溶解性重金属浓度在两个研究时段之间变化不大，Fe、Zn、Mn和Mo是本研究鉴定的四种最丰富的重金属。松桃河流域溶解性重金属浓度在两个研究时段均表现出显著的时空变化。基于特征……
CRediT作者贡献声明
张杰： 论文审阅与编辑、论文撰写（初稿）、方法学、调查研究。曾杰： 论文审阅与编辑、论文撰写（初稿）、资源提供、调查研究、资金获取、数据整理、概念构思。吴启新： 论文撰写（初稿）、资源提供、方法学、资金获取。何新怡： 论文审阅与编辑、论文撰写（初稿）、方法学。杨坤华： 论文审阅与编辑、论文撰写（初稿）、数据整理。王仲军：
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（编号42403054、42467032、42577298）的资助，同时还得到了中国地质大学环境微生物学与环境变化重点实验室（编号GMECBJ202508）、贵州省基础研究计划（自然科学）（编号黔科合支撑[2024]一般104）、贵州省科技计划项目（黔科合平台人才[2023]061）以及城市喀斯特关键带与气候环境变化观测
张杰|曾杰|吴启新|何新怡|杨坤华|王仲军|马志恒|马青|刘诗睿|葛鑫
