《Scientific Reports》：Baseline assessment of sedimentary heavy metals and ecological risks in the high-siltation Gorai River, Bangladesh
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本研究对孟加拉国戈赖河（Gorai River）——恒河（Ganges）最大分流河道——表层沉积物中10种重金属的空间分布、污染状况、来源解析及生态风险进行了系统评价。该河受高淤积和日益增强的人为活动压力影响，重金属累积问题引发关注。研究人员采用抓斗采样法（g
本研究对孟加拉国戈赖河（Gorai River）——恒河（Ganges）最大分流河道——表层沉积物中10种重金属的空间分布、污染状况、来源解析及生态风险进行了系统评价。该河受高淤积和日益增强的人为活动压力影响，重金属累积问题引发关注。研究人员采用抓斗采样法（grab sampling method）从22个采样点采集表层沉积物样品，分析了砷（As）、铅（Pb）、镉（Cd）、钴（Co）、铬（Cr）、铜（Cu）、汞（Hg）、锰（Mn）、镍（Ni）和硒（Se）的浓度特征。重金属平均浓度（mg/kg）呈以下规律：Mn（367.0）> Cr（23.97）> Ni（21.97）> Cu（18.66）> Co（9.55）> Pb（7.65）> As（5.41）> Se（0.187）> Cd（0.088）> Hg（0.0146），其中Mn、Cu和Ni超过毒性参考值（Toxicity Reference Values, TRV）。污染评价指标包括污染因子（contamination factor, CF）、富集因子（enrichment factor, EF）和污染负荷指数（pollutant load index, PLI），结果显示总体污染程度轻微（CF < 6, EF < 5, PLI < 1）。然而，Se的EF值达6.93，Cd则呈现较高潜在生态风险（Er > 40）。综合风险指数（Risk Indices）表明整体污染风险较低。非致癌健康风险可忽略不计，但儿童对As和Cr暴露相对更为敏感。Ni对儿童具有相对较高的致癌风险。来源解析分析综合表明，大多数重金属（As、Pb、Cd、Co、Ni、Cr、Cu、Se）呈地质成因与人为来源混合特征；相反，Hg表现出独特的来源特征，指示存在局部污染。上述发现为戈赖河系统沉积物质量评价、管理与长期监测提供了重要基线数据。
戈赖河（Gorai River）作为恒河（Ganges）在孟加拉国境内的最大分流河道，承担着向西南部地区输送淡水的关键功能，同时通过马图莫蒂河（Madhumati River）和巴莱什瓦尔河（Baleswar River）最终汇入孟加拉湾。该河枯水期流量因法拉卡堰（Farakka Barrage）效应而显著减少，导致泥沙输运能力下降、河道持续淤塞，形成典型的高淤积河流特征。近年来，沿岸砖窑、金属加工工业密集分布，农业施肥、土壤侵蚀及城市活动加剧了复杂的人为污染输入，但该河重金属污染研究此前极为匮乏，成为区域环境研究的显著空白。鉴于此，研究人员于2024年10月对戈赖河自上游分流口至下游河段共22个采样点的表层沉积物（0-20 cm）进行了系统采样，旨在建立重金属污染的基线数据，为未来环境监测与治理决策提供科学依据。该研究成果发表于《Scientific Reports》。
研究采用的关键技术方法主要包括：其一，电感耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS）测定10种重金属浓度，该方法具有检出限低、灵敏度高的特点，通过标准参考物质（CRM320沉积物）进行质量控制，回收率达95%-103%；其二，多元统计分析方法，包括皮尔逊相关性分析（Pearson correlation analysis）、主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）、聚类分析（cluster analysis, CA）以及正矩阵因子分解模型（Positive Matrix Factorization, PMF），用于重金属来源解析及源-汇关系识别；其三，多种污染与风险评价指数的综合应用，涵盖污染因子（CF）、富集因子（EF）、地累积指数（Igeo）、污染负荷指数（PLI）、潜在生态风险因子（Er）及综合潜在生态风险指数（RI），同时结合沉积物质量基准（Sediment Quality Guidelines, SQGs）中的效应范围低值（ERL）和效应范围中值（ERM）进行生态效应评估；其四，健康风险评价模型用于评估非致癌风险（危害商HQ、危害指数HI）和致癌风险（CR、总致癌风险TCR）；其五，基于ArcMap 10.8平台的逆距离加权插值法（Inverse Distance Weighted, IDW）进行重金属空间分布制图。
研究结果部分，研究人员首先从重金属浓度特征及其空间分布展开分析。戈赖河沉积物中重金属平均浓度以Mn最高（367.0 mg/kg），其次为Cr、Ni、Cu等，Hg最低（0.0146 mg/kg）。空间分布上，As和Pb在G-4、G-5采样点因邻近砖窑而出现高值；Se高值集中于下游；Co和Ni浓度随流向逐渐增加；Cd和Ni浓度超过卡尔纳富利河（Karnafuli River）水平，接近耐受限值但未达页岩背景值；Cr浓度低于帕亚河（Payra River）但高于鲁普萨河（Rupsa River）、帕苏尔河（Passur River）和哈尔达河（Halda River）；Cu均值超过毒性参考值（TRV），提示潜在生态关注；Mn均值高于多数对照河流，仅低于帕亚河，其富集归因于集水区富Mn岩石风化及砖窑、金属工厂等人为输入；Hg含量虽低但已超过哈尔达河记录最低值。沉积物粒度分析显示以砂质粉砂为主，有机质含量从上游至下游呈递增趋势（0.63%-3.5%）。基于IDW插值的空间分布图清晰揭示了重金属沉积格局及其向海湾传输的可能路径。
其次是重金属污染评价。CF评价显示多数金属呈低至中度污染，Se的CF值最高；PLI值均小于1，表明不存在严重综合污染，但局部存在Se、Cd等富集现象；EF值变化范围为0.169（G-21站Hg）至6.93（G-12站Se），As和Se的EF值显著高于其他金属，处于2≤EF<5区间，呈中度富集，暗示人为输入，而多数其他金属EF<2，主要与地质来源相关；Igeo指数在多数站点呈负值，指示无污染至轻度污染，Se呈中度污染，G-20站Cd接近中度污染限值；潜在生态风险评价表明Hg和Cd具有较高生态关注度，Hg在G-4（冲绳岛G-5站的）站、G-5站分别达27.95和21.75，Cd在G-20站达59.98，属中度生态风险，但综合RI值显示除G-20站为中度风险外，其余站点均为低风险。沉积物质量基准评价显示，As、Cd、Cr、Cu、Pb、Hg浓度均低于ERL和ERM阈值，不良生物效应可能性低；Ni浓度位于ERL和ERM之间，提示可能对底栖生物产生生物效应，16个站点因Ni超标被列为中等沉积物质量，仅G-21站Cu值介于ERL与ERM之间。
健康风险评价结果显示，非致癌健康风险对成人和儿童均未达显著水平，但儿童As（HI=2.32×10
-1）和Cr（HI=1.16×10
-1）的值接近阈值；致癌风险评价表明所有元素CR和TCR值均处于10
-6至10
-4可接受范围内，但儿童As（8.97×10
-6）、Cr（2.22×10
-6）和Ni（4.66×10
-5）的TCR值相对较高，需加强预防性关注。
来源解析方面，相关性分析揭示Pb与Mn（r=0.99）、Co与Ni（r=0.994）、As与Pb（r=0.984）、Cd与Mn（r=0.922）呈强至极强正相关，指示相似来源或地球化学行为；PCA分析提取两个主成分：PC1解释78.03%方差， As、Pb、Cd、Co、Mn、Ni等离子载荷相似，反映以喜马拉雅源区富铁锰矿物风化为主的地质成因，叠加农业肥料、农药残留及城市工业排放等人为输入，PC2解释11.86%方差，Hg载荷达0.89，指示局部人为源；CA聚类分析将金属分为三组：第一组（As、Pb、Mn、Co、Ni）为地质-人为混合源，第二组（Cr、Cd、Cu）与金属表面处理、电镀、染料制造相关，第三组（Se、Hg）中Hg具有最独特来源特征；PMF模型确定三因子最优解，因子1（贡献48.2%）以Cu（61.5%）、Cd（48.9%）、Pb（33.4%）为主，关联采矿、金属工业、农药及城市废物，因子2（29.5%）以Hg（69.6%）和Se（40.4%）为主，来源为砖窑燃煤大气沉降，因子3（22.3%）以Co（44.2%）和Ni（43.4%）为主，关联工业活动及农业径流。
讨论与结论部分，研究人员强调本研究提供了戈赖河重金属污染的首次系统基线评估。尽管多数污染指数（CF、PLI、Igeo）表明沉积物总体为低-中度污染，但Se的EF值达中度至显著富集，提示人为影响；Hg和Cd存在局部生态风险热点，尤其G-20站；Ni在16个站点超过ERL阈值，可能对底栖生物产生潜在效应。儿童对As、Cr、Ni的致癌风险虽在可接受范围内但相对较高，值得警惕。来源解析揭示大部分重金属为地质与人为混合来源，Hg则具有独特人为源特征，需针对性管控。最后，研究人员总结指出，鉴于戈赖河在GK灌溉项目中的生态经济重要性，建议建立长期监测计划与污染控制策略，以保护沉积物质量和水生生态系统健康。
