基于您提供的论文内容，以下依次回答四个问题。 --- **中文标题** 砷污染北部矿区中端足类（*Hyalella azteca*）与浮游动物作为稀土元素、铀和钍的哨兵生物监测研究

《Journal of Hazardous Materials》：Amphipods ( Hyalella azteca) and zooplankton as sentinels of rare earth elements, uranium and thorium in a northern mining region contaminated with arsenic

　　

稀土元素（rare earth elements, REEs）是新兴污染物，广泛应用于先进技术、医疗和清洁能源领域。加拿大拥有大量稀土储量，其开采活动可能向水生生态系统释放REEs及伴生放射性核素铀（uranium, U）和钍（thorium, Th）。本研究旨在评估端足类（*Hyalella azteca*）和浮游动物作为加拿大西北地区黄刀镇（Yellowknife）十个湖泊中REEs、U、Th和砷（As）生物监测器的潜力，该区域历史上曾遭受金矿开采活动导致的严重砷污染。研究人员对地表水、沉积物和生物体中的金属（类）浓度进行了超痕量分析，并结合水化学参数、金属形态模拟（WHAM VII）及稳定同位素分析，探讨了生物累积的控制因素。研究结果显示，尽管该区域存在富含稀土的矿床，但地表水中镧（La）的浓度（0.01–0.07 nmol L?1）处于加拿大淡水体中有记录以来的最低水平之列，表明REEs、U和Th的污染风险较低。历史砷污染导致地表水中砷酸盐（arsenate, As(V)）浓度跨越三个数量级以上，并成为影响La、U和Th生物可利用性的关键驱动因子。浮游动物中U和As的生物累积分别与其游离态（UO?2?）和As(V)浓度呈显著正相关，而La和Th的累积则受溶解性有机质（dissolved organic matter, DOM）和磷酸盐的负向调控。对于底栖端足类，沉积物是La、U和Th的主要暴露来源，而水体中As(V)的存在显著降低了这些金属的生物累积。研究人员通过EDTA解吸实验发现，La与Fe在生物体内的共累积并非仅由外骨骼吸附驱动。本研究首次在野外条件下证实As(V)可作为降低REEs、U和Th生物可利用性的调节因子，并确立了*H. azteca*作为这些新兴金属有效生物监测器的可靠性。同时，研究提供了该亚北极区域REEs、U和Th的基线浓度数据，为未来矿业开发的环境监测和影响评估提供了重要参考。

**论文解读文章**

**一、研究背景与科学问题**

稀土元素（rare earth elements, REEs）作为新兴污染物，在清洁能源、高新技术和国防工业中具有不可替代的地位。加拿大坐拥丰富的稀土资源，目前有超过50个采矿项目处于开发阶段，其中位于西北地区黄刀镇（Yellowknife）附近的Nechalacho矿是加拿大首个稀土矿。然而，采矿活动可能向水生生态系统释放REEs及伴生放射性核素铀（uranium, U）和钍（thorium, Th），这些金属能够在食物链中累积并产生毒理风险。黄刀镇地区还遗留了严重的历史砷污染问题——过去的Con和Giant金矿开采通过焙烧过程向环境释放了约20,000吨三氧化二砷（As?O?），导致湖泊和沉积物中的砷含量在矿场关闭数十年后依然居高不下。以往研究多关注单一金属的累积，尚缺乏在野外条件下评估高浓度砷如何调控REEs、U和Th生物可利用性的研究。因此，研究人员选取该区域十个湖泊，旨在评估端足类（*Hyalella azteca*）和浮游动物作为这些金属生物监测器的潜力，并探究水化学因子、金属形态及历史砷污染对生物累积格局的影响。

**二、研究设计与关键技术方法**

研究人员于2024年7月在黄刀镇地区十个湖泊（包括参照湖Small Lake及受历史污染影响的多个湖泊）采集了地表水、沉积物、浮游动物和*H. azteca*样本。研究采用了超痕量采样技术避免污染，使用三重四极杆电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS/MS）分析金属浓度；利用Windermere Humic Aqueous Model（WHAM VII）模拟La和U的形态；通过高效液相色谱（HPLC）联用ICP-MS/MS测定砷形态；采用PARAFAC模型解析荧光溶解性有机质组分；对部分端足类样本进行EDTA解吸实验区分内化与表面吸附的金属；结合碳稳定同位素（δ13C）分析评估端足类的食性变化；并使用LASSO回归和多重线性模型筛选影响生物累积的关键环境因子。

**三、主要研究结果**

**（1）水体和生物体中的金属（类）浓度**

在过滤后的地表水中，La、Ce、Y和Nd是唯一在所有湖泊中稳定检出的稀土元素，其中La浓度介于0.01至0.07 nmol L?1，是加拿大淡水体中有记录以来的最低水平之一。U在所有湖泊中被检出，浓度为0.3至7.1 nmol L?1。Th仅在三个湖泊的溶解态样本中检出，反映了其极低的溶解性。As(V)是氧化地表水中的主要砷形态，其浓度跨度超过三个数量级，与湖泊距历史金矿源的距离密切相关。相比之下，大多数REEs、U和Th在浮游动物和端足类中均稳定检出，表明这些生物能够累积水中浓度极低的金属。生物体内的As浓度与区域历史污染格局一致，靠近污染源的湖泊中生物体As浓度更高。

**（2）浮游动物作为生物监测器**

浮游动物中La的生物累积与水体La浓度或游离La3?浓度均无显著相关，但与溶解性有机碳（DOC）浓度、蛋白样DOM组分（C5）、磷酸盐浓度及pH值呈显著负相关。这表明有机络合和磷酸盐沉淀是限制La生物可利用性的主要机制。U的生物累积与游离铀酰离子（UO?2?）浓度（WHAM VII模拟）呈显著正相关，符合自由离子活度模型（FIAM）的预测。Th的生物累积则与DOC浓度呈显著负相关，反映有机络合对其生物可利用性的控制。As的生物累积与地表水As(V)浓度呈显著正相关，且As(V)是比总As或过滤As更优的预测因子。

**（3）端足类*H. azteca*作为生物监测器**

端足类中La的生物累积与湖滨沉积物La浓度呈正相关，但更关键的是，与地表水La/As(V)浓度比呈显著正相关，且As(V)的负效应强于沉积物。La与Fe在端足类体内呈强正相关，EDTA解吸实验表明这种关联不受外部吸附主导，可能反映Fe（氧氢）氧化物介导的共累积机制。Th的累积与沉积物Th浓度正相关，同时受As(V)负向调控。U的累积与沉积物U浓度正相关，并与WHAM VII模拟的铀酰三碳酸络合物（UO?(CO?)???）浓度呈显著负相关，说明碱性条件下碳酸盐络合降低了U的生物可利用性。As的累积同时受地表水As(V)和沉积物As的正向影响，表明该物种能够综合反映溶解态和沉积相砷暴露。

**四、讨论与结论**

研究讨论指出，黄刀镇湖泊水化学条件（碱性pH、高DOC、磷酸盐及As(V)共存）强烈限制了REEs、U和Th的溶解性与生物可利用性，这解释了水体中极低的金属浓度与生物体内持续检出之间的表观矛盾。与全球受稀土开采影响的河流（中国部分河流La浓度可达10至100,000 nmol L?1）相比，本研究区域水体La浓度极低，当前污染风险较低。然而，未来矿业开发或气候变化可能改变这一平衡，因此研究所提供的全稀土元素、U和Th基线浓度数据具有重要的长期监测价值。研究结论明确表明，*H. azteca*能够可靠反映生物可利用的La、U、Th和As水平，适合作为淡水湖泊中REEs及相关放射性核素的环境生物监测器。研究首次提出As(V)作为环境驱动因子可降低REEs、U和Th的生物可利用性，这一发现对理解砷污染区域中多金属的协同归趋具有重要意义，也为未来稀土矿区的水生生态监测提供了科学依据和技术支撑。