《Journal of Cleaner Production》：Rare earth elements as emerging tracers for sustainable urban water management: Insights from weekly monitoring of a typical river in Beijing
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•对REE进行高频监测揭示了城市河流污染动态。•再生水是REE异常的主要驱动因素，其作用超过降水稀释。•识别出意外误食带来的暴露风险，儿童尤其显著。•REE示踪剂可支持有针对性的水处理和污染控制。引言在高度城市化城市的水资源管理这一复杂任务中，识别和追踪多样化的污染源是制约城
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对REE进行高频监测揭示了城市河流污染动态。
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再生水是REE异常的主要驱动因素，其作用超过降水稀释。
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识别出意外误食带来的暴露风险，儿童尤其显著。
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REE示踪剂可支持有针对性的水处理和污染控制。
引言
在高度城市化城市的水资源管理这一复杂任务中，识别和追踪多样化的污染源是制约城市水系统可持续发展的主要挑战。在此背景下，稀土元素（REEs）被广泛用作强大的地球化学示踪剂，以传统方法往往缺乏的精度来精确定位人为影响（Han等，2023；Smith和Liu，2018；Tang等，2013）。REEs通常分为轻稀土元素（La至Nd）、中稀土元素（Sm至Dy）和重稀土元素（Ho至Lu，以及Y）。REEs一致的地球化学行为，加之其环境敏感性所反映的内部分馏，奠定了其作为地球化学指纹的实用性（重建水文演化（Larsen等，2021）、识别风化过程（Pourret等，2008）以及在天然水系统中追踪物质来源（Gao等，2024））。天然河流中REEs的地球化学特征主要通过岩石风化继承自区域岩性，而流经城市化区域的河流则可能接收外源输入（Han等，2021；Wang等，2021）。通常，季节性稀释导致雨季REE浓度降低；但在高度城市化的流域中，这一规律可能反转，雨季反而呈现浓度升高：这是人为冲刷的明确信号（Lim等，2023）。中国在全球REE供应中占比超过60%，REE材料应用的增长（例如医药、玻璃陶瓷制造、电子行业和农业等）以及低回收率，导致向环境生态系统输入了更多人为REEs（Han等，2025；Ma等，2023a；Smith和Liu，2018）。因此，REEs独特的地球化学特征提供了一种明确的工具，用以区分人为污染与自然本底水平。尽管潜力巨大，但REEs在自然过程与城市排放交汇处的复杂行为和最终归宿仍了解不足，需要更多的预测性研究来充分发挥其作为城市水管理示踪剂的能力。
大多数城市景观河道都接收再生水输入，除非水源充足，这将人为污染物的命运与城市水循环紧密联系在一起（Han和Li，2025；Zeng等，2020；Zhang等，2025b）。由于难以降解的特性，人为REEs在废水处理之后通常仍保留在水体中（Al Momani等，2023），能够贯穿整个城市水系统。值得注意的是，REEs的高生物吸收性可能导致不良健康效应，包括胆固醇异常（Zhao等，2023）、肾源性系统性纤维化（Blomqvist等，2022）以及致癌后果（Alemu等，2025b），无论是通过直接饮水还是摄入受污染的可食用资源。人为REEs，特别是与磁共振成像造影剂相关的正Gd异常，已在河流中被广泛记录（Bau和Dulski，1996；Hatje等，2016）。后续研究记录了莱茵河中的人为Gd、La和Sm，并追踪了它们的下游输运（Kulaks?z和Bau，2013），而旧金山湾区的长期观测显示二十年来人为Gd输入的不断增加（Hatje等，2016）。中国及波兰的城市河流研究进一步将正Gd异常与废水及污水处理厂输入联系起来（Han等，2021；Wang等，2024）。以往研究主要强调空间分布、单一来源或长期趋势，而在以再生水为主的城市河流中，对短期变化的解析能力有限（Dang等，2023；Larsen等，2021；Smith和Liu，2018）。
这一局限对于大都市尤为关键，那里的城市河流可能持续或间断地接收处理后的废水和再生水。废水排放、水资源管理、降水及其他城市活动的短期变化，可能改变溶解态REE浓度和异常模式，而这些时间尺度无法被半年或年度采样所分辨。因此，需要以更高时间分辨率进行连续观测，以更好地约束人为REE特征的 temporal 稳定性，并区分持续性的废水输入与瞬态的环境影响。北京作为中国的首都，城市化程度高，是研究人为REE影响的理想场所。北京城区的河流主要被不透水表面包围，风化贡献极小，因此对人为输入尤为敏感，这已由空间调查证实（Gao等，2023）。然而，该地区河流水体REEs的长期数据收集仍有欠缺。因此，本研究在一个以再生水为主的城市河流中，开展了一整个水文年的REE含量每周监测，旨在：(1) 刻画REEs含量和分馏的时间变化及其控制因素；(2) 评估人为REE特征的持续性和时间变异性，并量化人为输入；(3) 通过人为REE特征和常规水化学指标识别废水相关贡献；(4) 评估儿童和成人因意外饮水摄入REEs可能面临的健康风险，并为优化环境管理提供具体证据。
章节摘要
背景与样品采集
北京位于中国西北部。年平均降水量在400毫米至600毫米之间，超过80%的降雨集中在6月至9月，呈现典型的季风气候（Zhang等，2025a）。根据《北京水资源公报》，2023年北京水资源总量为41.51亿立方米，年平均常住人口为2185.05万，人均水资源量为190立方米。总水量为
结果
收集了可能影响河水中REEs浓度变化的年度环境参数（温度、降水及空气质量指数）数据（图3）。详细数据见表A.1。所有环境数据均由中国政府公布。环境温度的变化呈现显著的季节性特征。最低温度出现在12月，最高温度出现在7月。无异常或
REEs分布与模式的比较
整个水文年期间经PAAS标准化的REEs模式呈现于图5。不同时期的REEs分布模式表现出相似特征。在整个水文年期间，REEs的标准化模式倾向于右上侧。轻稀土元素部分显示，随着原子序数增加，某些REEs（如Pr、Nd等）的比值呈上升趋势，包括在Eu和Gd处出现明显的峰值。EuSN随时间的变化较小
结论
本研究提供了每周监测数据集，阐明了北京一个高度城市化河流系统中溶解态稀土元素（REEs）的季节动态和人为特征。在整个水文年内，该河流持续表现出中稀土富集，其中Gd显示出最高且最持久的富集（超过98%的样品中δGd > 1.5）。显著的正Gd异常，连同其与废水相关指标的强关联性，
CRediT作者贡献声明
韩瑞茵（Ruiyin Han）： 写作—审阅与编辑，写作—初稿，方法论，数据整理，概念化。张倩（Qian Zhang）： 写作—审阅与编辑，写作—初稿，监督，资源，方法论，资金支持，数据整理，概念化。郭正堂（Zhengtang Guo）： 写作—审阅与编辑，资源，方法论。
资助
本研究获得国家自然科学基金（项目编号：42203011、42603057）及中国博士后科学基金（项目编号：GZC20250263）的资助。
利益冲突声明
作者声明不存在可能对本研究产生影响的已知的竞争性经济利益或个人关系。
韩瑞茵|张倩|郭正堂
