《Toxicology Reports》：Occurrence, source identification, and human health risk assessment of potentially toxic elements in freshwater sources used for aquaculture in the Senegal, Gambia, and Casamance river basins
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塞内加尔的淡水资源在饮用水（DW）供应、农业以及根据《国家可持续水产养殖发展战略》推动的快速扩张的水产养殖业中发挥着至关重要的作用。然而，此前尚无全国性评估对支撑水产养殖的淡水资源中的潜在有毒元素（PTEs）进行过调查。本研究首次对采自塞内加尔、冈比亚和卡
塞内加尔的淡水资源在饮用水（DW）供应、农业以及根据《国家可持续水产养殖发展战略》推动的快速扩张的水产养殖业中发挥着至关重要的作用。然而，此前尚无全国性评估对支撑水产养殖的淡水资源中的潜在有毒元素（PTEs）进行过调查。本研究首次对采自塞内加尔、冈比亚和卡萨芒斯河流域内17个水产养殖场的地表水与地下水中溶解态砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、镍（Ni）、铅（Pb）和锌（Zn）进行了综合评估。PTE浓度中位值遵循Cu > Zn > Ni > Cr > Pb ≈ As > Cd的递减顺序，且所有测定浓度均低于相应的世界卫生组织（WHO）饮用水指南值。人体健康风险评估表明，摄入是主导暴露途径，其对成人和儿童产生的慢性日摄入量（CDI）均远高于皮肤暴露。尽管如此，风险商（HQ）、风险指数（HI）和致癌风险（CR）值均低于美国环境保护署（USEPA）可接受阈值，表明与所调查PTEs相关的非致癌和致癌健康风险均不显著。主成分分析（PCA）识别出各河流特有的污染特征，其中Zn、Cu和Cd主要与卡萨芒斯盆地相关，而Cr和Pb与塞内加尔河的关联更强，冈比亚河则始终呈现较低的PTE浓度。总体而言，这些发现表明塞内加尔支撑水产养殖的淡水资源就所调查的PTEs而言目前具有优良的化学质量。本研究为环境监测提供了首个国家基线，并支撑塞内加尔的可持续水产养殖发展与水资源管理。
**论文解读**
**一、研究背景与问题提出**
潜在有毒元素（PTEs，指对生物体具有毒性作用的金属及类金属元素）因具有持久性、毒性、不可生物降解性以及在水生生态系统和食物网中生物累积的倾向，已成为全球重大环境和公共卫生问题。PTEs来源于岩石风化和火山活动等自然过程，以及采矿、工业排放、农业径流、城市化和废水排放等人为活动。一旦进入淡水环境，这些污染物可在沉积物、水生生物和饮用水资源中积累，通过慢性暴露引发生态和人类健康风险。在非洲，人口增长、快速城市化、农业集约化、采矿活动和气候变化正对淡水资源施加前所未有的压力，但许多地区的环境监测仍然不足。
塞内加尔的淡水资源在饮用水供应、农业以及快速扩张的水产养殖业中发挥着日益重要的作用。此前的研究主要集中于沿海生态系统、河口、海洋沉积物和局部矿区，而内陆淡水系统中溶解态PTEs的特征仍鲜有报道。这一信息空白在塞内加尔将水产养殖作为改善粮食安全、就业和经济发展战略部门的背景下尤为关键——《国家可持续水产养殖发展战略》（SNDAq）的成功实施高度依赖于塞内加尔河、冈比亚河和卡萨芒斯河系统及其相关地下水所提供的高质量淡水资源。然而，此前尚无综合研究同时调查支撑塞内加尔水产养殖的主要淡水系统中PTEs的发生、空间分布、污染来源及潜在人体健康风险，现有研究也很少将主成分分析（PCA）等来源识别技术与定量人体健康风险评估（HHRA）相结合。
**二、研究目的与意义**
为填补上述知识空白，研究人员开展了首次针对塞内加尔、冈比亚和卡萨芒斯河流域水产养殖淡水中PTEs（As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn）的综合评估。具体目标包括：（i）确定用于水产养殖的地表水（SW）和地下水（GW）中溶解态PTEs的浓度与空间分布；（ii）识别潜在的自然和人为来源；（iii）依照美国环境保护署（USEPA）方法评估成人和儿童经摄入和皮肤暴露的非致癌与致癌健康风险；（iv）为塞内加尔可持续水产养殖发展、环境监测和水资源管理提供基线科学依据。
**三、主要技术方法**
本研究为横断面分析研究，于2022年6月至8月实施。基于SNDAq实施过程中建立的国家商业水产养殖场清单，依据四项标准（采样时正在从事水产养殖生产、依赖淡水资源供应鱼塘、代表三大流域的地理分布、采样期间具备后勤可达性）筛选出17个养殖场，共采集18份水样（含1个同时使用SW和GW的养殖场）。采样网络涵盖塞内加尔河流域7个养殖场、冈比亚河流域2个养殖场、卡萨芒斯河流域8个养殖场。水样经0.45 μm玻璃纤维滤膜过滤后，用超纯硝酸（HNO
3）酸化至约3%（v/v），在法国南锡岩石学与地球化学研究中心（CRPG）采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）进行分析，定量限（LOQ）范围为0.002–0.04 μg L
-1。HHRA采用USEPA标准方法，计算慢性日摄入量（CDI）、风险商（HQ）、风险指数（HI）和致癌风险（CR），分别评估成人和儿童经摄入与皮肤吸收两种暴露途径的非致癌和致癌风险。采用主成分分析（PCA）探索PTEs之间的多元关系并识别空间分布格局，所有统计分析使用R 4.4.1完成。
**四、主要研究结果**
**（1）PTE浓度水平**：溶解态PTE浓度中位值遵循Cu > Zn > Ni > Cr > Pb ≈ As > Cd的递减顺序，Cu（1.94 μg L
-1）和Zn（1.67 μg L
-1）为优势元素。所有测定浓度均低于世界卫生组织（WHO）饮用水指南值。Zn和Cu呈现较宽的浓度范围和较大的四分位距（IQR），反映显著的空间异质性，可能源于矿物风化的岩源贡献以及局部人为输入（如腐蚀金属结构、金属屋顶径流和农业径流）。Ni（中位值0.62 μg L
-1）和Cr（中位值0.38 μg L
-1）呈中等变异性，指示岩源和人为混合来源。Pb和Cd浓度范围狭窄且分散度极低（Pb：0.14–0.44 μg L
-1；Cd：0.01–0.03 μg L
-1），表明背景浓度低且人为影响有限。空间分布方面，塞内加尔河上下游PTE浓度差异较小；冈比亚河下游Cu、Zn和Ni浓度略高于上游，可能与古元古代Birimian地层风化释放及上游手工采金区细颗粒物传输有关；卡萨芒斯河中Zn和Cr浓度从上游至下游明显增加，可能源于热带红土土壤的岩源释放、腐蚀金属设施的溶解、人口密集区未经处理废水的扩散输入以及肥料相关农业径流的综合影响。
**（2）人体健康风险评估——慢性日摄入量（CDI）**：摄入是主导暴露途径，其CDI值比皮肤暴露高约2–4个数量级。Zn和Cu因浓度较高而产生最高的CDI值，Cd的暴露水平最低。儿童体重归一化CDI值约为成人的2.3倍，但所有CDI值均处于较低水平。
**（3）人体健康风险评估——风险商（HQ）与风险指数（HI）**：所有单个HQ及累积HI值均远低于USEPA安全阈值1，表明在当前暴露情景下不可能产生不良非致癌健康效应。As和Cr是累积HI的主要贡献者（分别约占25%和40%），因其毒理学参考剂量较低，尽管环境浓度不高却对风险估计值产生较大影响。儿童HQ和HI值始终高于成人，但均未超过安全阈值。皮肤暴露对总HI的贡献不足1%。
**（4）人体健康风险评估——致癌风险（CR）**：As、Cd、Cr、Ni和Pb的CR值均处于USEPA可接受风险范围（10
-6–10
-4）内。Ni对累积CR贡献最大，其次为Cr和As。成人累积CR值略高于儿童。摄入途径贡献了超过80%的累积致癌风险。
**（5）主成分分析（PCA）**：前两个主成分（PC）解释了总方差的64%（PC1 = 40.9%，PC2 = 22.9%）。PC1为Zn、Cu和Cd主导的污染梯度（载荷分别为–0.551、–0.540和–0.521），卡萨芒斯盆地养殖场在该轴负方向形成明显聚类。PC2由Cr（负载荷–0.648）和Pb（正载荷0.570）的对比载荷主导，塞内加尔河养殖场与此Cr–Pb轴关联更紧密，形成紧凑的独立组群。冈比亚河养殖场（F8–F9）聚集于PCA空间原点附近，反映所有分析PTE浓度均较低，污染梯度弱。
**五、讨论总结与研究结论**
本研究作为塞内加尔三大流域水产养殖淡水中PTEs的首次综合评估，同时分析了SW和GW，评估了成人和儿童经摄入与皮肤接触的非致癌和致癌风险，为环境监测和管理提供了重要的基线信息。但也存在若干局限性：仅测定总溶解浓度而未进行化学形态分析，As和Cr的实际毒性与其氧化态密切相关；横断面设计未能捕捉季节性变化；GW样本数量较SW少；仅关注7种PTEs而未纳入Hg、Mn、Fe等其他无机污染物；HHRA未考虑混合物毒性、累积低剂量效应及水生食物网中生物累积等额外暴露途径。
**研究结论翻译**：本研究提供了塞内加尔、冈比亚和卡萨芒斯河流域支撑水产养殖的淡水中溶解态潜在有毒元素（PTEs）的首次综合评估，对污染格局、潜在来源及相关公共卫生影响进行了全面评价。总体而言，所调查水体中七种PTEs的浓度相对较低，多数值低于国际饮用水指南值。然而，各流域之间存在明显空间差异：卡萨芒斯盆地Zn、Cu、Cd和Ni浓度相对较高，塞内加尔河则以Cr和Pb富集为特征，而冈比亚河浓度最低且空间变异最小，表明人为影响相对有限。多元分析确认了这些流域特异性污染模式，前两个主成分解释了总方差的64%并成功区分了三个河流系统。HHRA表明摄入是主导暴露途径，儿童的暴露水平始终高于成人，但所有HQ、HI和CR值均低于USEPA可接受阈值，表明在当前暴露情景下所调查水体对暴露人群的非致癌和致癌风险较低。尽管这些发现表明塞内加尔水产养殖淡水就所调查PTEs而言总体保持良好化学质量，但上述结果应被视为重要基线而非长期环境质量的最终评估。未来研究应优先开展长期季节性监测、化学形态分析、概率性HHRA、养殖物种体内生物累积研究以及包括同位素和多元方法在内的高级来源解析技术。将这些互补方法与生态学和流行病学调查相结合，将加深对污染物动态的理解，为塞内加尔及整个西非的可持续水产养殖发展、淡水资源管理和环境健康保护提供更坚实的科学基础。
