《Journal of Hazardous Materials》：Heavy Metal and Fluoride Accumulation in Desert Shrubs and Soil Following an Industrial Wastewater Spill: A Multi-Year Assessment in the Ashalim Stream, Negev Desert, Israel
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•磷石膏污染在事件发生 4 至 5 年后仍维持高位，且无衰减迹象引言工业废水溢出代表急性污染事件，可能对周围生态系统造成长期后果 [1]。当此类事件发生在受保护区内部或附近时，其生态影响可能通过土壤滞留和植被中的渐进生物富集持续数年 [2]。这在干旱和半干旱环境中尤为相关，因
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磷石膏污染在事件发生 4 至 5 年后仍维持高位，且无衰减迹象
引言
工业废水溢出代表急性污染事件，可能对周围生态系统造成长期后果 [1]。当此类事件发生在受保护区内部或附近时，其生态影响可能通过土壤滞留和植被中的渐进生物富集持续数年 [2]。这在干旱和半干旱环境中尤为相关，因为有机质周转缓慢、降水有限以及沙漠植物的生理适应可能会改变污染物积累的速度和途径，与温带系统有所不同 [3], [4]。
重金属是工业废水中生态破坏性最强的成分之一，因为它们在土壤中持久存在、低浓度下即有毒性，且倾向于沿土壤 - 根 - 茎连续体积累 [5]。重金属浓度升高会扰乱土壤微生物群落，减少有机质分解，并损害养分循环 [6], [7]。在植物中，金属吸收会抑制光合作用和蒸腾作用 [8], [9]，降低生长和生产力 [10], [11], [12], [13]，并随着敏感物种的衰退而随时间改变群落组成。
氟污染虽然在事后评估中不如重金属研究频繁，但在磷酸盐肥料行业废水的背景下是一个特别相关的示踪剂。磷石膏是磷酸生产的副产品，除了镉、铬和锶等重金属外，还含有较高的氟浓度 [14]。植物组织中高浓度的氟具有植物毒性，因为氟会抑制糖酵解酶，扰乱气孔调节，并通过脱镁叶绿素化加速叶绿素降解 [15], [16]。在干旱环境中，由于淋溶有限和土壤溶液中保留时间较长，叶片氟积累可能会增强。尽管作为磷酸工业污染的有效示踪剂很有用，但叶片氟很少被纳入事后监测计划，且沙漠植被中的多年积累轨迹记录仍不充分 [15]。
选择合适的植物生物指示剂对于事后监测计划的敏感性和可解释性至关重要。在干旱和半干旱景观中，Atriplex（木蓼属）的盐生灌木特别适合承担这一角色。Atriplex halimus L. 是一种多年生藜科盐生植物，广泛分布于内盖夫沙漠以及地中海和半干旱环境 [17]。该物种的一个显著解剖特征是表皮囊状细胞的存在，即扩大的液泡化毛状体，它们主动隔离钠、氯以及各种非必需离子，包括重金属 [18]。这种离子隔离机制保护了光合组织免受离子毒性侵害，同时也促进了污染物在叶片组织中的积累。因此，以前的研究建议将 Atriplex halimus 作为金属污染土壤的植物修复和生物监测物种 [13], [15]。在干旱环境中，已显示 Atriplex halimus 的叶组织积累镉、铅、锌和铜，其程度与周围土壤污染梯度成比例 [19]。然而，其作为磷石膏衍生氟污染生物指示剂的效用尚未得到评估。
除了其生态作用外，Atriplex halimus 还广泛用作内盖夫沙漠和更广阔的地中海干旱区牲畜的牧用灌木 [17]。因此，其叶组织中的污染物积累不仅代表一个生态问题，还可能是重金属和氟进入牧场食物链的潜在途径。伴生灌木 Anabasis articulata 和 Retama raetam 代表了不同的功能类型，分别为肉质有节灌木和深根固氮豆科植物，纳入研究是为了背景化 Atriplex halimus 中观察到的污染物积累模式的物种特异性。
2017 年 6 月，以色列迪莫纳附近 ICL Rotem 化肥厂的蓄水池墙体坍塌，释放了估计 100,000–120,000 m3 的酸性磷石膏废水进入阿沙利姆溪（一条干河谷，或时令沙漠河道，除山洪爆发外干涸）。大约 60,000–80,000 m3 的废水流经阿沙利姆排水盆，距离约 17 km，直接暴露了阿沙利姆自然保护区内的河岸植被约 48 hours。该事件提供了一个意外但具有重要生态意义的机会，用于评估在干旱受保护生态系统中一桩特征明确的工业污染事件的中长期后果。
本研究于 2019 年至 2021 年间作为 Ha'Maarag 国家生态系统评估计划的一部分进行，并与以色列自然与公园管理局（INPA）合作。更广泛的计划涉及多个研究小组调查溢出事件后的生态系统响应和恢复轨迹。本研究重点关注受影响河道沿线的监测样地中，Atriplex halimus 和两种伴生沙漠灌木的重金属（镉，Cd；铬，Cr；锶，Sr）和氟（F）动力学。具体而言，我们提出问题：(1) Atriplex halimus 中的 Cd、Cr、Sr 和 F 浓度在污染样地和控制样地之间是否存在差异，且随时间变化如何？(2) Atriplex halimus 是否比伴生灌木物种积累更高的叶片浓度污染物，这是否支持其作为溢出遗留问题生物指示剂的效用？
(3) 土壤污染物浓度的增加是否与 Atriplex halimus 叶片随时间的渐进富集相对应？(4) 冲积监测点在工业干旱景观的区域污染模式和参考点选择方面提供了哪些额外见解？
章节摘录
研究区和监测设计
阿沙利姆溪（Nahal Ashalim）流经以色列中内盖夫沙漠的一个集水区，并流入死海地区。2017 年溢出事件后，INPA 和合作者进行了系统调查以表征受影响区域。该河道段根据基质类型和现有植被划分为地貌上不同的生态栖息地（图 1）。本研究选择了两个栖息地进行监测：上游河道段的沙质基质栖息地，和
冲积参考点先前污染的证据
与对未受污染参考点的预期相反，纳哈尔阿米亚兹（Nahal Amiaz）在所有采样年份中，叶片和土壤 compartments（隔室/部分）的 Cd 和 Cr 浓度均显著升高（表 S5）。在土壤中，纳哈尔阿米亚兹的平均 Cd 从 2019 年的 0.13 mg/kg 增加到 2021 年的 4.31 mg/kg；是同年冲积污染样地土壤浓度（1.95 mg/kg）的两倍多。纳哈尔阿米亚兹的土壤 Cr 同样急剧增加，从 2019 年的 0.90 mg/kg 增加到 2020 年的 26.22 mg/kg 和
镉和铬积累作为持续污染指标
解释这些积累模式需要考虑更普遍地控制微量元素保留和生物有效性的土壤物理化学性质。土壤 pH 是金属溶解度和向矿物表面吸附的主要控制因素，随着 pH 值增加，镉（Cd）等阳离子金属通常变得流动性降低；有机质内容通过腐殖质物质络合提供了额外的保留能力；以及碳酸盐和石膏含量，这两者都在
结论
本研究监测了 2017 年 ICL Rotem 磷石膏溢出事件发生后两到四年间，受保护沙漠干河谷中 Atriplex halimus 及相关土壤的重金属和氟动力学，表明该系统中的污染在监测期间保持高位，且在几种情况下有所增加，无自然衰减证据（第 4.7 节）。到 2021 年，污染 Atriplex halimus 的叶片 Cd 和 Cr 浓度比对照组植物分别高 14.6 倍和 7.6 倍，
CRediT 作者贡献声明
Shimon Rachmilevitch：写作 – 审阅与编辑、监督、资金获取、概念构思。Natalie De Falco：写作 – 初稿、可视化、方法论、调查、形式分析、数据管理、概念构思。
写作过程中生成式人工智能和人工智能辅助技术的声明
在准备本工作期间，作者使用 ChatGPT (OpenAI) 和 Claude (Anthropic) 协助进行语言编辑，提高清晰度和可读性，并准备图形摘要。使用这些工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对出版物的内容承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明，他们没有任何已知的相互竞争的财务利益或个人关系，这些关系可能会影响本论文中报告的工作。
致谢
作者感谢以色列自然与公园管理局以及 HaMaarag 国家生态系统评估计划支持在内盖夫沙漠阿沙利姆溪自然保护区进行的监测项目。我们特别感谢来自 HaMaarag 的 Talia Gabay、Dr. Rael Horwitz 和 Dr. Ron Chen 在整个项目过程中的持续参与，包括野外支持、科学讨论、结果解释以及对发展的有价值输入
Natalie De Falco|Shimon Rachmilevitch
