《Journal of Cleaner Production》：Village and farm ponds differ in contaminant retention and mobility: Implications for sustainable management of rural agricultural landscapes
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一项跨区域调查覆盖了中国15个省份和1个城市的41个池塘。
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村庄池塘主要存在与废水相关的污染物沉积模式。
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农场池塘则显示出与农业径流相关的农药污染物沉积模式。
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ToxPi-Kd利用相对沉积物富集度来指导池塘的具体管理。
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一项跨区域调查覆盖了中国15个省份和1个城市的41个池塘。
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村庄池塘主要存在与废水相关的污染物沉积模式。
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农场池塘则显示出与农业径流相关的农药污染物沉积模式。
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ToxPi-Kd利用相对沉积物富集度来指导池塘的具体管理。
引言
池塘是农村农业景观中普遍存在的组成部分，提供了重要的生态系统服务，包括农业灌溉、水储存、径流调节和水质控制（Sun等人，2021；Liu等人，2024b；Meng等人，2022）。随着农村振兴和现代农业的发展，村庄池塘（VPs）和农场池塘（FPs）变得越来越相互关联，成为互补的社会生态单元（Sun等人，2021）。在农业流域中，这些小型水体不仅储存和输送水，还截留营养物质和沉积物，从而影响下游的水质。据报道，华北平原的村庄池塘总面积约占中国湖泊和水库总面积的0.88%（Ge等人，2025）。尽管单个池塘的面积较小，但它们仍能影响农业流域的河水质量（Liu等人，2024b）。中国南部的农场池塘（FPs）仍然是多功能的，但往往被忽视（Meng等人，2022）。这些发现表明，池塘不应仅仅被视为孤立的小型水体，而应视为影响农村农业系统环境质量的活跃景观单元。因此，VPs和FPs可以作为拦截径流和废水、保护当地水质的实际节点。
在这项研究中，将村庄池塘（VPs）和农场池塘（FPs）定义为不同的功能类别。根据现场观察，VPs位于农村居民区内部或紧邻居民区，并与家庭活动、村庄径流路径和生活废水输入有关（Ge等人，2025）。相比之下，FPs嵌入在耕地上或直接与农田排水和灌溉系统相关（图1a）。它们主要作为农场内的储水单元，拦截降雨或田间径流，接收灌溉回流水，并为作物生产提供水源（Roost等人，2008）。因此，分类结合了周围的土地利用情况以及主要的田间观察到的水文和管理功能。这些不同的环境特征预计会在局部水文交换、外部输入途径和生态响应方面存在差异。此外，这两种类型的池塘都可能受到富营养化（Chen等人，2024）以及新兴污染物（ECs）的出现和积累的影响（Cheng等人，2023）。
ECs包括抗生素、个人护理产品（PPCPs）、农药、阻燃剂和内分泌干扰物，所有这些都对水生生态系统和环境质量构成威胁（Adedipe等人，2024；Wang等人，2026）。尽管在河流、湖泊和城市废水系统中已广泛研究了ECs的存在（?yst?等人，2023；Yao等人，2024；Wang等人，2026），但由于池塘的水文交换有限，因此对它们的关注相对较少。直接排放的污水、牲畜废水和农业径流会增加池塘系统中的ECs浓度（Tong等人，2022）。此外，抗生素可以选择产生抗药性细菌（ARB），并促进环境中的ARB与病原微生物之间的水平基因转移（Guo等人，2026）。因此，尽管池塘面积小，但它们可能成为污染物积累的局部热点，并在农村景观中充当潜在的再分配节点。
除了生物地球化学条件外，池塘中ECs的环境行为还受到溶解有机物质（DOM）的强烈影响，DOM是一种由碳水化合物、蛋白质、木质素和其他化合物组成的复杂混合物。DOM通过改变ECs的吸附和光化学转化来影响其环境命运，这取决于DOM的组成和污染物的性质（Zhang等人，2024；Xu等人，2026）。环境条件和微生物群落进一步塑造了ECs的存在和衰减（Wu等人，2022），而社会经济因素则通过废水基础设施和农业活动调节其输入（Liu等人，2024c）。值得注意的是，水-沉积物分离尤为重要，因为池塘中有限的水文交换会加剧水-沉积物耦合。这些特点强调了在评估农业景观中的池塘污染时，需要明确考虑DOM的性质和水-沉积物分离。
尽管越来越多的人认识到池塘对保护水质的重要性（Liu等人，2024b），但大多数先前的研究集中在营养物质、富营养化、温室气体排放、水产养殖废水或传统的水质指标（如生化需氧量）上（Ge等人，2025；Liu等人，2021；Yang等人，2024）。然而，从分子层面进行ECs特征描述和量化的跨区域证据仍然有限，特别是那些通过联合研究VPs和FPs的来源相关模式、水-沉积物分离和污染物优先级来区分它们的研究（Cheng等人，2023；Liu等人，2024a）。此外，现有的研究往往地理上分散，数据集是为不同的分析目的生成的，这大大限制了跨区域比较（Yao等人，2024）。因此，需要一种以管理为导向的评估方法，区分VPs和FPs，并整合污染物出现、来源相关模式、水-沉积物分离和优先级，以支持农村池塘网络的可持续发展。
在这里，我们重点关注中国胡环线东南部人口密集的工业和农业区（图1a），根据2020年的人口普查数据，该地区居住着中国超过93%的人口（Qi等人，2022a）。这一地区代表了典型的农村居民区-农田模式，池塘网络广泛存在，并接收来自生活废水和农业径流的输入。我们在多个省份和地理区域（21.644-46.869°N）进行了跨区域采样调查，目标是与居民区相关的VPs和与农田相关的FPs。收集了成对的水和沉积物样本，以表征ECs的存在和水-沉积物分离。分析重点关注那些广泛使用、频繁检测到、具有毒理学意义且与农村生活和农业生产密切相关的典型ECs（表S1；Adedipe等人，2024）。例如，阿特拉津是全球使用最广泛的除草剂之一，在低浓度下就足以抑制藻类光合作用并干扰两栖动物的繁殖（Graymore等人，2001）；氯吡硫磷是一种神经毒性且环境持久性的农药，2025年被列入《斯德哥尔摩公约》附件A（《斯德哥尔摩公约》，2025）。
为了探讨与ECs存在和分离相关的因素，我们使用激发-发射矩阵荧光光谱结合平行因子分析（EEM-PARAFAC）和傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）来表征DOM。此外，整合了抗性基因谱型、社会经济因素和环境参数，以解决三个关键问题：（i）在农村农业景观中，作为不同功能类型的VPs和FPs，ECs的存在和来源相关的化学模式有何差异；（ii）环境条件、DOM组成、社会经济环境和微生物特性如何影响水-沉积物分离以及ECs的相对保留或迁移性；（iii）哪些污染物和池塘环境需要根据针对小型农村水体的风险信息框架进行优先监测和干预。本研究提供了与居民区相关的VPs和与农田相关的FPs的跨区域比较，并明确纳入了显性场Kd作为专门的ToxPi切片，以指导池塘类型特定的污染物优先级和管理。
章节片段
研究区域和样本收集
采样于2024年7月至8月期间在中国15个省和1个城市进行（图1）。调查涵盖了41个池塘，包括27个VPs和14个FPs，旨在捕捉不同的居民区相关和农田相关池塘功能。总体而言，这些池塘大多是封闭的或仅与流动水体弱连接，没有一个池塘有连续的河流流。在野外调查期间还记录了池塘的面积。收集了成对的水和表面沉积物样本。
ECs的区域分布
图2显示了采样池塘中ECs存在的空间变化。通过将每个省内的样本池塘中的污染物浓度相加，计算出了省级的总浓度。在VPs中，天津市区（3775.43?ng/L）、山东省（2226.66?ng/L）和四川省（1482.19?ng/L）的PPCPs总浓度较高。天津的抗药素总量也相对较大（1070.59?ng/L）。
结论
总之，这项跨区域研究分析了来自15个省份和1个城市41个农村池塘的成对水和表面沉积物样本中的42种ECs。VPs和FPs显示出与其周围环境和功能一致的污染物沉积模式。VPs的污染物谱型与家庭活动和药物相关的混合废水更为相关，而FPs的污染物谱型则与作物保护投入和农业径流更为一致。
CRediT作者贡献声明
Lingchen Meng:撰写——初稿、可视化、验证、方法论、调查、数据管理、概念化。Xiangyao Wu:可视化、方法论、调查、数据管理。Yulin Qi:撰写——审稿与编辑、验证、监督、资金获取、正式分析。Zhifeng Yan:验证、监督、资源管理、调查、正式分析。Xiaoli Fu:方法论、调查。Chao Ma:方法论、调查。Chunmei Chen:方法论。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金的支持（资助编号：42394151、42277456和22322608）。
Lingchen Meng|Xiangyao Wu|Yulin Qi|Zhifeng Yan|Xiaoli Fu|Chao Ma|Chunmei Chen|Dietrich A. Volmer|Peizhe Sun|Pingqing Fu
