托莱多-巴西河的水域：从保存完好的源头到遭到破坏的河口

《Journal of Contaminant Hydrology》：Waters of the Toledo - Brazil river: from the preserved source to the degraded mouth

　　

摘要

本研究通过一年内在五个地点的月度监测，评估了托莱多河（Toledo River）的水质，这些地点涵盖了河流的源头到河口。主成分分析（PCA）和方差分析（ANOVA）表明，沿河流方向的物理化学参数逐渐增加，偶尔铜和铁的浓度也会升高。水质的恶化与土地利用的变化密切相关：从原始的源头地区转变为农村地区的农业牧业活动导致营养物质流入，以及城市地区排放的工业和生活污水。因此，在河口处观察到了严重的水质污染现象。鉴于这种情况，迫切需要实施缓解措施和可持续管理策略来恢复这一重要水资源。

引言

人为活动会改变水质。这些活动包括农业牧业实践、森林砍伐、城市化进程以及生活污水和未经充分处理的工业废水的排放。这些活动会引入各种有机和无机污染物，改变水体的自然特性。有机物直接或间接进入水生环境会导致营养物质浓度显著增加，从而引发水体富营养化和水质恶化（K?nig等人，2008年）。

农业投入物（化肥和农药）的无节制使用会提高土壤中的金属元素含量（Atafar等人，2010年；Defarge等人，2018年；Sabiha-Javied等人，2009年）。这些物质来源于多种渠道，如农业石灰石、农药、污泥（生活污水和工业污泥）以及动物粪便（猪、家禽和牛的粪便），其中含有铜、锌、镍、铅、铁、铬、锰和钴等元素（Aguillar等人，2020年；Feng等人，2018年；Guilherme等人，2005年；Khan等人，2008年）。由于这些物质不可生物降解，它们会在生物地球化学循环中持续存在，并对公众健康构成威胁（Peralta-Videa等人，2009年；Ribeiro等人，2012年）。地表径流将这些污染物带入水体，促进了其在水体内的积累和通过食物链的转移（Ribeiro等人，2012年；Sabiha-Javied等人，2009年）。

因此，监测水体的物理和化学特性对于了解其与土地利用和土地占用的关系至关重要（de Oliveira等人，2021年）。

监测还有助于许可证发放和检查工作，验证是否符合环保法规，发现环境变化，作为潜在问题的监控或预警系统，并评估干预措施的效果（IAT，2023年）。在巴西，CONAMA第357号决议（Brasil，2005年）规定了水体的分类标准和分类框架。该决议为每个类别中的每种物质设定了具体限值。然而，尽管已知河流中存在多种污染物，但并非所有污染物都已被纳入法规中。

尽管监测河流水质至关重要，但文献中的研究往往未能关注这些生态系统的连续动态变化。主要的研究空白在于缺乏同时结合时空变化和多个人为因素对托莱多河水质影响的研究。常规的环境监测有助于识别关键区域以及水体承载能力的极限，以应对该地区密集的农业、畜牧业和工业活动。

对污染指标数据的统计处理可以生成时空尺度的多维度信息。主成分分析（PCA）被广泛用于评估这些数据，因为它能有效识别导致水体恶化的主因（Collares等人，2021年）。PCA能够确定分析变量之间的相关性，并识别出变化最明显的区域（Massart和Kaufman，1983年）。许多学者强调了PCA作为评估河流水质变化分析工具的重要性（Lkr等人，2023年；Tizro等人，2021年；Yang等人，2013年；Zimmermann等人，2008年）。本研究通过PCA在时空尺度上评估了托莱多河从源头到河口的水质，基于其物理和化学特性以及化学元素的存在情况。

章节摘录

材料与方法

托莱多河属于巴拉那三号水文区（Paraná III Hydrographic Basin），完全位于巴西巴拉那州西部托莱多市境内（图1）。河流从源头到与圣弗朗西斯科·韦达迪罗河（S?o Francisco Verdadeiro River）的交汇处长约28公里，用于市政公共供水（Toledo，2019年）和农村地区的农业牧业活动，同时也接收来自城市区域的工业和生活污水（Envex）。

化学元素

在表层水样本中检测并量化了九种化学元素（单位：mg L^?1）：锰（Mn）、锌（Zn）、铜（Cu）、钙（Ca）、镁（Mg）、钾（K）、钛（Ti）、铁（Fe）和镍（Ni）。

在大多数情况下，监测点的锰浓度符合巴西法规规定的限值（0.10 mg L^?1）。不过在10月份，站点2、3、4和5的锰浓度介于0.12至0.15 mg L^?1之间。

结论

对物理化学变量和化学元素进行的时空统计分析表明，从源头到与圣弗朗西斯科·韦达迪罗河交汇处的河流沿岸，水质不断恶化。河岸缺乏原生植被以及人为活动（城市活动、农业活动、商业活动和工业活动）是对水质产生负面影响的因素。站点4和5尤为突出。

CRediT作者贡献声明

**Thaísa Alana Schebeliski**：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、软件使用、方法论设计、调查实施、数据分析、概念化。**Marcia Teresinha Veit**：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、监督、软件使用、资源管理、项目协调、方法论设计、调查实施、资金争取、数据分析、概念化。**Pitágoras Augusto Piana**：数据可视化、软件使用。

资金来源

本研究得到了巴西高等教育改进委员会（CONAMA）的支持（项目编号001-CAPES）。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究的实施得到了巴西高等教育人员改进协调委员会（CAPES）的支持（资助代码001）。