《International Journal of Geoheritage and Parks》：Protecting glacial geoheritage: Pollution indices reveal trace element contamination in cryoconites and soils of protected and touristic valleys, Central Caucasus
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本研究聚焦高山冰川与冰缘环境，针对旅游活动与采矿遗留导致的痕量元素污染问题，在中央高加索的严格保护区采邑峡谷与旅游密集区斯卡兹卡峡谷开展对比研究。通过分析冰尘（cryoconites）和土壤中Cu、Zn、Ni、Pb、Cd含量及污染指数，发现Zn为两地最主要元素（最高79.00 mg·kg?1），与自然地质背景和铅锌采矿遗留有关；而斯卡兹卡峡谷的Cu（最高23.30 mg·kg?1）和Ni污染与旅游基础设施显著相关。污染指数显示保护区内污染程度低，而旅游区存在轻度污染，冰尘作为临时储库通过融水将元素转移至下游土壤。研究表明设立保护区及推广生态旅游可有效减轻旅游驱动污染，为高山生态环境管理提供重要依据。
在高山地区，冰川和冰缘环境不仅是重要的淡水来源和生物多样性热点，更是独特的地质遗产。然而，这些脆弱的生态系统正面临着气候变化和人类活动的双重威胁。随着冰川加速退缩，新的生态系统和土壤逐渐暴露，其中积累的污染物可能通过融水迁移，对下游水体和生态系统构成风险。特别是高山旅游业的快速发展，通过交通、基础设施建设和废弃物等途径，可能加剧了这些地区的环境污染。尽管建立自然保护区和推广生态旅游被认为是减轻人为影响的有效措施，但它们在遏制冰川和土壤污染方面的效果如何，尤其是在污染物从冰川到土壤的迁移过程中，仍缺乏深入研究。
针对这一问题，研究人员在中央高加索山脉的两个相邻峡谷——位于北奥塞梯自然保护区（IUCN Ia类严格自然保护区）内的采邑峡谷和旅游业密集的斯卡兹卡峡谷——开展了一项对比研究。这项发表在《International Journal of Geoheritage and Parks》上的研究，旨在评估和比较不同土地利用类型下，冰尘和冰缘土壤中痕量元素的污染水平，识别污染源，评估元素迁移路径和生态风险，并检验保护措施的有效性。
研究人员于2023年8月（冰川消融最活跃期）在两个峡谷的冰川表面采集了冰尘衍生沉积物（如冰尘、再沉积冰尘、冰川溪流沉积物、冻胀丘材料），并在不同海拔、距离路径约20米处采集了多种类型的土壤样本（如Regosol、Leptic Podzol、Haplic Cambisol、Umbric Leptosol）。所有样本经过风干、过筛（2毫米）后，分析了基本理化性质（pH、总有机碳TOC、基础呼吸、颗粒组成）和五种痕量元素（Cu、Zn、Ni、Pb、Cd）的含量。研究采用了多种污染指数进行评价，包括单因子污染指数（PI）、污染负荷指数（PLI）、内梅罗指数（NI）、生物地球化学指数（BGI）和潜在生态风险指数（PERI），并利用局部背景值以减少误解。统计分析采用Mann-Whitney U检验和Spearman相关性分析，并利用NOAA HYSPLIT模型回溯气团轨迹以分析污染物可能的远距离来源。
3.1. 关键物理和化学特征
分析发现，大多数冰尘沉积物呈弱酸性，而土壤pH值变化较大。土壤有机碳（TOC）含量在发育较好的土壤（如Podzol和Cambisol的有机层）中最高，斯卡兹卡峡谷的冰尘和土壤的TOC含量普遍高于采邑峡谷，可能与旅游活动输入的有机物质（如黑碳）有关。颗粒组成分析显示，采邑冰川沉积物以砂为主，而斯卡兹卡冰川冰尘富含粉砂，土壤则表现出更大的变异性。TOC与痕量元素含量无显著相关性，表明其不是主要控制因素。
3.2. 痕量元素浓度
Zn是两地最丰富的元素（最高79.00 mg·kg?1）。斯卡兹卡峡谷的Cu和Ni浓度（最高分别为42.85和34.15 mg·kg?1）显著高于采邑峡谷，且其在冰尘和土壤中的浓度相似，暗示了共同的近期污染源。采邑峡谷的某些土壤（如Podzol）中Pb含量较高（最高50.7 mg·kg?1）。Cd在两地的土壤中均有积累。相关性分析显示，在采邑峡谷，Zn和Pb呈强正相关；在斯卡兹卡峡谷，Zn与Pb、Cu也呈强正相关。因子载荷分析将Cu和Ni与其他元素区分开来，指示其来源可能不同。
3.3. 污染指数
单因子污染指数（PI）显示，两地Zn均未污染（PI <1）。斯卡兹卡峡谷的Cu和Ni为中度污染（1 < PI <3），而采邑峡谷的土壤（尤其是Podzol）中Pb为中度污染。Cd在冰尘中未污染，在土壤中为中度污染。复合污染指数（PLI, NI）将采邑峡谷归类为“未污染”，而斯卡兹卡峡谷的所有材料均显示为“轻度污染”。潜在生态风险指数（PERI）显示两地大部分样本为中等风险，冰尘风险较低。生物地球化学指数（BGI）表明痕量元素在土壤有机层中有积累。
研究表明，斯卡兹卡峡谷较高的Cu和Ni污染与旅游活动密切相关，如汽车尾气（Ni主要来自排气，Cu主要来自刹车磨损）、缆车运营、车辆维修、燃烧过程和旅游垃圾等，这些活动在保护区内受到严格限制。两地共有的高Zn、Pb以及部分Cd污染，则主要归因于该地区是天然的铅锌生物地球化学省，以及附近萨顿矿区遗留的采矿活动和尾矿库产生的污染粉尘，通过山谷风（白天上坡风，晚上下坡风）和峡谷的“地形通道”效应输送至冰川表面。气团轨迹分析证实，到达研究区域的颗粒物绝大部分来自当地及周边地区，远距离输送占比较小。冰尘作为污染物的临时储库，通过融水将痕量元素转移至下游土壤，导致冰缘区污染程度更高。
保护区和生态旅游措施有效减轻了由旅游活动直接引起的Cu和Ni污染，使得采邑峡谷的整体污染水平较低。然而，地质成因和采矿遗留的Zn、Pb、Cd污染则不受当地土地利用规定的限制，持续影响两地的环境质量。尽管当前生态风险总体为中等，但污染物的持续输入和迁移可能对未来生态系统健康产生潜在毒性影响。这项研究强调了在高山地区，特别是冰川退缩加剧的背景下，实施保护措施（如严格保护区）对于减少人为污染物通量、保护冰川地质遗产的重要性。同时，综合管理策略也需要关注区域性的采矿等历史遗留污染问题，以实现高山生态系统的长期健康。
