将QUAL2KW硝酸盐模型与半干旱流域的灰水稀释压力及小麦生长路径暴露评估相结合

《Scientific Reports》：Integrating QUAL2KW nitrate modeling with ambient grey-water dilution pressure and wheat-pathway exposure screening in a semi-arid basin

　　

摘要

在半干旱地区的河流中，硝酸盐污染会引发生态系统的压力，同时也会对下游的人类健康造成影响，尤其是在地表水被重新用于灌溉的情况下。本研究结合了QUAL2KW水动力-水质模型、小麦吸收途径的暴露评估、基于风险商数（RQ）的生态影响评估以及环境灰水稀释压力分析，对伊朗的扎扬德-鲁德河（Zayandeh-Roud River）进行了研究。实地观测显示硝酸盐含量存在较大变化（变异系数CV为14.9–91.3%），且没有形成统一的纵向分布模式；而在下游的灌溉再利用区域，溶解氧含量降低，化学需氧量升高。在模拟的准静态条件下，整个研究区域内（包括下游的灌溉取水点）硝酸盐浓度均超过了生态安全阈值（RQ > 1），尽管藻类的净生产量仍然较低。根据计算结果，在两个下游灌溉再利用站点，小麦籽粒中的硝酸盐（NO?–N）含量为0.249毫克/千克，这表明在所采用的假设条件下，硝酸盐有可能转移到可食用的生物体内。相应的成人日摄入量仅为1.07×10?3毫克/千克/天，由此计算出的危害商数为6.67×10??，表明在仅考虑小麦吸收硝酸盐的情况下，其非致癌风险较低。在主要的下游再利用点，环境灰水稀释压力指标为1.29×10?立方米/天，超过了河流的日均流量（相对压力比为1.25）。这些结果表明，尽管存在实地观测数据的变异性，但模型仍能持续反映营养物质的压力以及下游灌溉再利用所带来的健康风险，因此支持在半干旱流域实施综合性的水资源管理措施。