气候驱动的痕量金属污染以及孟加拉国南部一条交通繁忙的潮汐水道的水质评估

《Regional Studies in Marine Science》：Climate-driven trace metal contamination and water quality assessment in a heavily navigated tidal waterway in southern Bangladesh

　　•首次使用索引和蒙特卡洛模拟方法评估了综合考虑因素•电导率（EC）和总溶解固体（TDS）揭示了受气候驱动的海水入侵的有趣特征•铁（Fr）、锰（Mn）和镍（Ni）的含量超过了地质和人为资源的限值•超过16%的样本不适合作为饮用水；S9-S11地区的污染严重•儿童面临更高的非致癌风险；镉（Cd）是主要的致癌物质

引言
气候变化是全球气候模式的持续变化，影响各种社会经济、政治、生态和环境系统（Abbass等人，2022年）。其影响不仅仅限于温度升高，还波及全球范围内的社会经济、政治、生态和环境系统。最明显的影响包括天气模式的不稳定、冰川融化和海平面上升。这些气候扰动导致温度制度、降水量及其分布以及海平面动态发生深刻变化，从而加剧了淡水资源可用性和质量的压力（IPCC，2021年）。这种水文气候变化对水生环境具有直接的地球化学影响。温度升高不仅增加了含金属矿物的溶解度和溶解速率，还改变了氧化还原条件、pH值以及控制金属和类金属迁移、分配和生物可利用性的有机物质分解过程（Real等人，2024年）。此外，从长期干旱到极端降雨等气候变化模式会影响径流动态、沉积物运输以及污染物进入河流、湖泊和河口的过程。例如，高强度降雨可能会增加携带工业、农业和城市污染物的地表径流，而干旱时期的河流流量减少则可能导致溶解污染物的集中。

气候变化通过改变水体的物理化学性质（如水温、盐度梯度、分层模式、溶解氧水平和养分循环）来影响水生系统（Abbass等人，2022年）。这些变化又进一步影响沉积物和水柱中重金属的形态、转化和沉积。诸如铬（Cr）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、砷（As）、铅（Pb）、汞（Hg）和镉（Cd）等重金属特别令人担忧，因为它们在环境中具有持久性，即使在低浓度下也具有高毒性，并且能够在水生食物网中积累和放大（Sharma等人，2025年）。重要的是，最近的研究建立了这些金属的浓度和行为与温度、盐度和降雨变化等气候相关变量之间的日益密切联系（Sultana等人，2026年；Shajib等人，2020年）。这种相互作用表明，气候变化既是重金属污染的驱动因素，也可能是其放大因素，可能增加依赖这些水系统进行饮用水、农业和渔业的人类群体的暴露风险（Piwowarska等人，2024年）。

孟加拉国的城市化和工业化显著加剧了河流系统的重金属污染，给水生生态系统和人类带来了日益增长的风险（Mahmud等人，2025年）。工业中心的快速发展加上废水处理设施不足，导致未经处理或部分处理的废水直接排放到河流和运河中。这种做法逐渐降低了淡水质量，许多河流现在成为工业、生活和农业污染物的通道（Wada等人，2025年）。在巴里萨尔，流入孟加拉湾的重要河口水道Kirtankhola河的盐度水平出现了异常升高。这种变化可能是由上游盐度入侵、降雨减少和水文流量变化共同引起的（Ghosh，2021年）。Kirtankhola河沿岸分布着生产黄麻制品、纺织品、钢铁、染料和药品的设施，这些设施产生的废水中含有多种重金属，包括铬（Cr）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、铅（Pb）和镉（Cd）（Jugantar，2022年）。其中，镍（Ni）和铅（Pb）尤其值得关注，因为它们对脆弱人群可能存在不良影响。妊娠期间接触镍（Ni）尤其令人担忧，因为镍可以穿过胎盘进入胎儿循环系统，引发对胎儿发育和生殖健康的担忧（Yüksel、Ar?ca和S?ylemezo?lu，2021年）。同样，铅（Pb）也是公认的对人体有害的金属。人类组织的研究证据表明，即使在相对较低的暴露水平下，肝脏样本中也存在可测量的铅负荷，并且与人口统计和暴露相关因素有关，这突显了铅暴露的潜在健康风险（Gok，2018年）。

如果没有有效的废水管理，这些污染物会直接进入河流，其浓度往往超过环境安全阈值。气候引起的水文气象变化进一步加剧了这一问题。强降雨事件增加了雨水径流，将工业场所、城市区域和农业田地的污染物带入附近的水体（Sultana等人，2026年）。此外，河流流量的波动、季节性水资源短缺和盐度的增加改变了金属的沉积、溶解度和迁移模式（Hauser-Davis和Wosnick，2022年）。工业排放、气候压力因素和水文变化的综合作用加速了生态退化，加剧了对公共卫生、渔业和地区生计的威胁。气候变化加速了水文变化、海平面上升和盐度入侵，威胁水质、河口生态系统和人类生计，尤其是在南亚地区（Anik等人，2023年）。温度升高和降水模式的变化加快了污染物的传输，加剧了河口水域的富营养化、缺氧和金属污染（Sultan等人，2024年）。这些综合压力因素威胁了低洼沿海地区的生态稳定性、生物多样性和公共卫生，例如孟加拉国——这个世界上气候变化最脆弱的国家之一（Sultana等人，2026年）。水文循环的破坏、盐度增加和水安全挑战带来了霍乱、疟疾和腹泻等水源性疾病的健康威胁（Anik等人，2023年）。尽管最近的研究强调了孟加拉国在水资源领域的适应和缓解措施，但建立韧性的本地方法仍然有限。此外，气候引起的灾害继续破坏农村生计并加剧社会不平等，如洪水、侵蚀和盐度入侵（Sultana等人，2026年）。由气候变化引起的盐度和温度波动继续影响污染控制工作，并严重破坏了河口栖息地，包括重要的海草生态系统（Beck等人，2024年）。孟加拉湾持续经历水生环境的污染威胁，导致渔业生产力下降（Shaika等人，2025年）。

气候变化和重金属污染是我们这个时代最紧迫的环境问题之一，然而它们对河口系统的综合影响仍然知之甚少，特别是在像孟加拉国这样的发展中国家。作为恒河-布拉马普特拉-梅格纳三角洲的潮汐支流，Kirtankhola河将内陆的巴里萨尔与孟加拉湾连接起来，受到河流-潮汐相互作用和沉积物传输的显著影响（Uddin等人，2024年）。其水文特征加上频繁的气旋、风暴潮和盐度入侵，使其特别容易受到气候变化的影响（Abbass等人，2022年）。这些过程也影响污染物的迁移和沉积物污染，使Kirtankhola河成为了解孟加拉国沿海地区水质和健康风险的重要样本（Choudhury等人，2026年）。作为巴里萨尔及其周边地区的重要生命线，Kirtankhola河正面临由气候引起的盐度入侵和工业污染的双重压力。大约有2,570,446人居住在巴里萨尔，其中许多人依赖Kirtankhola河，因为它是该地区的主要河流系统，提供了交通、渔业、家庭活动、食物种植和谋生的途径（BBS，2022年）。孟加拉国的快速城市化和工业化加剧了未经处理的废水排放到河流中，Kirtankhola河也不例外。温度升高、降水变化和海平面上升不仅改变了河流的水文平衡，还影响了有毒金属的迁移、溶解度和生物可利用性。不幸的是，目前还没有系统性的研究探讨气候压力因素与Kirtankhola河中重金属污染之间的相互作用。没有这些数据，就无法准确评估对水生生物多样性、渔业和公共卫生的风险，也无法设计有效的缓解和适应策略。现有研究大多将水质、盐度或金属污染作为独立的环境问题进行研究，而对与气候相关的水文变异性如何影响这条潮汐河流中痕量金属的潜在风险和水质量的关注有限。特别是，缺乏将物理化学条件、痕量金属污染、潜在来源以及生态和人类健康风险整合到一个评估框架中的具体证据。此外，不同暴露条件下与金属相关健康风险相关的不确定性尚未得到充分表征。解决这些差距对于区分人为因素和气候相关过程对水质的综合影响至关重要，以便为Kirtankhola河制定有效的管理策略。因此，这项研究对于提供基线数据、指导政策和支持气候变化下的综合水资源管理至关重要。然而，本研究的具体目标是：(i) 评估Kirtankhola河地表水中的物理化学参数和痕量金属，并研究气候变化对其空间变异性的影响；(ii) 使用HPI、HEI、Cd、NPI和水质指数（WQI、EWQI、CCME-WQI）等指标评估有毒金属的污染水平；(iii) 通过Spearman相关性分析、PCA、HCA和空间分布等统计方法确定污染源；(iv) 使用USEPA模型和蒙特卡洛模拟评估生态和人类健康风险。

研究区域
2024年11月至12月期间，在位于孟加拉国巴里萨尔地区的Kirtankhola河沿岸收集了31个地表水样本（图1）。尽管本研究的采样期较短，但我们将其电导率（EC）和总溶解固体（TDS）结果与之前在不同时间进行的研究结果进行了比较。这些比较支持了气候变异性而非气候变化，因为我们都知道气候变化是一个长期的过程。

物理化学性质
现场测量的物理化学参数的描述性统计数据总结在表1中。地表水的pH值介于6.5至7.9之间（平均7.2），在印度标准局（BIS）规定的6.5–8.5范围内。大多数水生生物可以忍受5至9之间的pH值，轻微的pH值波动不会造成显著伤害（Dey等人，2021年）。电导率（EC）介于152.1至1228 μS/cm之间（平均515.44 μS/cm）。大约84%的样本符合世界卫生组织（WHO）的理想标准。

结论
本研究首次对Kirtankhola河中的重金属污染进行了综合评估，结合了物理化学特征、多项污染指数、生态和人类健康风险评估以及敏感性分析。污染指数（HPI、HEI、Cd和NPI）将大量站点分类为中度至高度污染，而WQI、EWQI和CCME-WQI的结果显示超过16%的样本不适合作为饮用水。

未引用的参考文献
(Ahmad和Salih，2024年；Ali等人，2022年；BIS（印度标准局），2012年；环境部（DoE），2022年；Gao等人，2019年；Hoang等人，2021年；IARC人类致癌风险评估工作组，2013年；Islam等人，2025年；Islam等人，2024年；Rahman等人，2014年；Wikipedia，2025年)

资金
本研究得到了科技部（MoST）和国家科技奖学金（1719515810）的支持。

作者贡献声明
Md. Tariqul Islam Shajib：撰写、审稿与编辑、可视化、验证、软件使用、调查、数据分析。
A.B.M. Nazmul Islam：撰写、审稿与编辑、可视化、软件使用、资源提供。
AKM Abdul Ahad Biswas：撰写、审稿与编辑、可视化、监督、资源提供、项目管理、资金获取。
Marzia Sultana Shefa：撰写初稿、验证、软件使用、资源提供、方法学研究、调查、数据分析。

在撰写过程中使用了ChatGPT和Grammarly等工具来提高手稿的可读性和语言质量。作者在使用这些工具后对内容进行了必要的审阅和编辑，并对出版文章的内容负全责。

利益冲突声明
我要声明，本手稿源于我在孟加拉原子能委员会水质研究实验室直接指导下的研究生研究项目“孟加拉南部交通繁忙的潮汐水道中的气候驱动的痕量金属污染和水质评估”。作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响到本研究。

致谢
作者感谢匿名审稿人和编辑的宝贵建议，这提高了手稿的质量。最后，作者感谢孟加拉原子能委员会提供的实验室协助和支持。

作者名单
Marzia Sultana Shefa
AKM Abdul Ahad Biswas
Ayesha Siddiqua
Md.塔里克·乌尔·伊斯兰·沙吉布（Tariqul Islam Shajib）|塔斯里娜·拉比亚·乔杜里（Tasrina Rabia Choudhury）|A.B.M. 纳兹穆尔·伊斯兰（A.B.M. Nazmul Islam）|M. 萨菲乌尔·拉赫曼（M. Safiur Rahman）