《Journal of Great Lakes Research》：Dissolved metals in the Selenga River delta (Lake Baikal) during a high-water period: Spatiotemporal patterns, pollution levels, and environmental risk assessment
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色楞加河三角洲在长期低水期后经历高水期，2020-2023年监测显示极端降雨引发的洪水显著增加了溶解态Fe、Cu、Ni浓度，Mn、Zn、Cr则因冬季解冻从地下水和底泥释放。污染指数评估表明，随着河流流量增加和水交换增强，重金属污染水平及生态风险从冬季到秋季逐年下降，特别是支流区域。
瓦伦蒂娜·G·希雷托罗娃（Valentina G. Shiretorova）|埃琳娜·P·尼基蒂娜（Elena P. Nikitina）|娜杰日达·B·尼姆布埃娃（Nadezhda B. Nimbueva）|塞尔梅格·V·巴扎尔萨杜埃娃（Selmeg V. Bazarsadueva）|奥尔加·D·布达耶娃（Olga D. Budaeva）|叶夫根尼娅·T·平塔耶娃（Evgenia Ts. Pintaeva）|瓦西里·V·塔拉斯金（Vasilii V. Taraskin）|拉里萨·D·拉德纳耶娃（Larisa D. Radnaeva）
俄罗斯科学院西伯利亚分院贝加尔自然管理研究所，萨希亚诺沃伊街6号，乌兰乌德670047，俄罗斯
摘要
在全球气候变暖的背景下，作为贝加尔湖主要支流且污染物输入通道的塞伦加河，其降水量和径流量表现出明显的周期性波动。本研究详细探讨了在高水位期开始时，塞伦加河三角洲中溶解重金属（HMs）的空间和时间动态变化。2020年至2023年间进行的季节性野外调查测量了Fe、Mn、Zn、Cr、Cu、Ni、Pb和Cd的浓度。极端降雨引发的洪水加速了之前长期低流量期间积累的重金属的迁移和输入，其中2020年和2021年的输入量最为显著。研究结果表明，溶解态Fe、Cu和Ni浓度的升高主要源于洪水期间上层土壤中有机物质的释放。在冰层覆盖期间，物理化学条件和水动力条件的变化促进了Mn、Zn和Cr从地下水和底泥中的释放。根据超过最大允许浓度的频率和程度，这些金属的排序为：Mn > Fe > Cu > Zn。通过重金属污染指数对塞伦加河三角洲当前状况的评估显示，从冬季到秋季以及2020年至2023年，污染水平和生态风险均有所下降。这些趋势反映了由于河流流量增加和水交换增强（尤其是在三角洲的小支流中）而导致的污染物负荷减少。
引言
淡水短缺是当今最紧迫的全球性挑战之一。气候变化加剧了地表淡水的污染，对人类健康以及全球动植物的福祉构成了严重威胁（Bashir等人，2020年；Jan等人，2023年；Lin等人，2022年；Salehi，2022年）。由于重金属（HM；本研究中指密度大于5克/立方厘米的金属）具有毒性、持久性和生物累积性，它们被视为水生生态系统中的关键污染物（Mitra等人，2022年；Zamora-Ledezma等人，2021年）。因此，全球范围内进行了大量研究，旨在量化水体中的重金属浓度并评估相关的生态和人类健康风险（Argun，2025年；Botle等人，2023年；Gordeev等人，2024年；Guo等人，2023年；Kluska和Jab?ońska，2023年；Li等人，2022年；Naz等人，2022年；Yakovlev等人，2023年；Zhang等人，2024年）。重金属通过自然过程（如矿物风化、火山爆发和土壤侵蚀）以及人为活动（包括采矿、工业生产、农业和车辆排放）进入环境（Botle等人，2023年；Khalef等人，2022年；Kluska和Jab?ońska，2023年）。水生生态系统中的重金属污染程度还受到区域、地理和气候因素的影响（Argun，2025年；Liu等人，2023年；Tu等人，2024年）。
贝加尔湖是联合国教科文组织世界遗产地，是世界上最深且最清澈的湖泊之一，拥有全球约20%的淡水储量以及俄罗斯超过80%的淡水储量（Galazy，1993年；Tulokhonov等人，2015年）。这里栖息着1700多种动植物，其中三分之二是特有物种（Tulokhonov，2009年）。塞伦加河是贝加尔湖300多条支流中最大的一条，年均向湖泊输送约30立方公里的水量，占湖泊总流入量的近一半，并承载了超过一半的化学负荷（Sinyukovich，2003年）。这条跨国河流全长1024公里，其中409公里位于俄罗斯境内，而其年径流的46%来自蒙古。在贝加尔湖的所有支流流域中，塞伦加河流域的人口密度最高，蒙古和俄罗斯布里亚特共和国的工业发展最为密集（Garmaev等人，2022a；Gomboev等人，2020年；Kasimov等人，2019年；Kasimov等人，2020a；Kasimov等人，2020b；Nadmitov等人，2015年；Narangarvuu等人，2024年）。塞伦加河将大量溶解态、悬浮态和床载陆源物质输送到贝加尔湖，其中大部分在河口沉积形成典型的叶状三角洲（图1）（Illyicheva等人，2020年）。塞伦加河三角洲是世界上最大的淡水三角洲之一，由沼泽状冲积平原组成，特征是众多的河道、牛轭湖和泛滥平原水体。据不同资料记载，三角洲面积在560至1200平方公里之间（Garmaev等人，2023年；Kasimov等人，2019年）。泛滥平原土壤以及挺水植物和水生植被起到了调节河流物质进入贝加尔湖的地球化学屏障作用（Chalov等人，2017年；Shinkareva等人，2019年；Tulokhonov和Plusnin，2008年）。
尽管对贝加尔湖流域内的河流进行了大量科学研究和应用研究，但由于其生态重要性，塞伦加河及其三角洲仍然是关键的研究对象（Belozertseva等人，2019年；Chalov等人，2017年；Khazheeva等人，2004年；Maksimenko等人，2008年；Sorokovikova等人，2017年；Suslova等人，2017年；Tulokhonov和Plusnin，2008年；Zakharenko等人，2024年）。塞伦加河是重要的洄游鱼类物种的迁徙通道，其三角洲的湿地生态系统为包括稀有和濒危物种在内的候鸟提供了关键的筑巢栖息地。当代的三角洲区域和塞伦加河的水文网络具有高度动态性，对贝加尔湖水位的变化以及河流流量和沉积物排放量的变化非常敏感。
贝加尔湖流域自然地理系统的可持续性面临的主要威胁之一是全球气候变暖，该地区的变暖速度是全球平均水平的2-3倍（Frolova等人，2017年；Garmaev等人，2022b，2023年）。作为响应，该地区经历了降水量、河流径流量的显著周期性波动，进而导致贝加尔湖水位发生变化——而湖水位受塞伦加河流入量的严格控制（Frolova等人，2017年；Sinyukovich和Chernyshov，2019年）。塞伦加河流域记录中最长的低流量期从1996年持续到2018年（Bazarzhapov等人，2023年；Frolova等人，2017年；Tomberg等人，2020年）。长期低流量条件促进了大量污染物在河流流域、泛滥平原土壤、沉积物和植被中的积累。因此，原本作为地球化学屏障的塞伦加河三角洲变成了人为污染物的储存库。降水量增加的时期也导致了大规模的洪水事件（Garmaev等人，2015年；Kichigina，2018年）。强降雨事件产生的径流将大量污染物（包括重金属）带入水生生态系统（Khan等人，2024年；Rahi等人，2024年；Weber等人，2023年；Weber和Lehmkuhl，2024年）。长时间低流量后的极端洪水会导致河岸和泛滥平原的侵蚀，从而大量释放积累的重金属。在塞伦加河流域及其三角洲的下游，随着流速下降，悬浮颗粒物大量沉积，使得溶解态金属的比例增加——这些金属更易移动、更具生物可利用性和生态毒性（Kasimov等人，2020a；Kasimov等人，2020b；Moiseenko等人，2021年）。鉴于塞伦加河流域正进入高水位期，大规模洪水的风险尤为突出（Garmaev等人，2023年）。在极端洪水事件中，三角洲的屏障功能容易受到破坏。值得注意的是，我们之前的研究记录了2021年和2023年降雨引发的洪水期间，塞伦加河三角洲水体中邻苯二甲酸酯浓度的增加（Taraskin等人，2024年）。值得注意的是，所有关于塞伦加河及其三角洲重金属污染的先前研究要么是在平均流量条件下进行的（例如1983年（Vetrov和Kuznetsova，1997年）），要么是在2001年至2017年的低流量期间进行的，且持续时间相对较短（Chalov等人，2017年；Chebykin等人，2012年；Kasimov等人，2020a；Kasimov等人，2020b；Khazheeva等人，2004年；Nadmitov等人，2015年；Shinkareva等人，2019年）。这凸显了在当前高水位期间（包括极端洪水事件期间）进行研究的迫切需求，以更好地理解大规模金属迁移过程，并为制定遏制重金属进一步扩散到贝加尔湖的缓解策略提供依据。确定河水中的重金属污染程度及其相关的生态风险对于评估极端洪水期间泛滥平原中积累的污染物重新迁移情况以及对该独特生态系统生物群的冲击至关重要。
本研究旨在通过一系列系统观测，探讨高水位期间塞伦加河三角洲中溶解重金属的季节性和年际动态变化及其空间分布。此外，还试图评估水污染程度及其相关的生态风险。
研究区域
塞伦加河流域面积达447,060平方公里，约占贝加尔湖流域面积的82%（Garmaev和Khristoforov，2010年）。塞伦加河三角洲位于乌兰乌德西北部，河流注入贝加尔湖之前（图1），是东西伯利亚最大的湿地地区（Ivanov等人，2007年）。三角洲的海拔低于贝加尔湖平均水面的2米。
水文气候条件
图2展示了2003年至2023年间，基于卡班斯克（Kabansk）水文气象站的数据，塞伦加河在注入贝加尔湖口处的年径流量和年降水量变化情况。2021年发生了一次重大洪水事件——这是多年来首次——年径流量达到53.9立方公里，峰值流量达到4830立方米/秒，远超多年平均值3170立方米/秒。相比之下，
水文气候条件
鉴于河流径流量显著影响河水化学成分，同时人类活动也起到重要作用，因此对水文气候条件进行了分析。在长期低流量之后，2018年至2020年塞伦加河的年径流量接近长期平均水平，并在2021年和2023年显著超过这一水平（图2）。塞伦加河的年径流量表现出明显的年内变化，这种变化受液态和固态降水模式的影响
结论
在气候持续变暖的背景下，作为贝加尔湖主要支流和主要污染物来源的塞伦加河，其降水量和径流量表现出明显的周期性波动。本研究在极端水文条件下（即长期低流量阶段后的高水位期）详细探讨了塞伦加河三角洲中溶解重金属浓度的时空动态变化。选定的采样站使得
作者贡献声明
瓦伦蒂娜·G·希雷托罗娃（Valentina G. Shiretorova）：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，资源收集，方法论，数据管理，概念构建。埃琳娜·P·尼基蒂娜（Elena P. Nikitina）：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，资源收集，方法论，数据管理。娜杰日达·B·尼姆布埃娃（Nadezhda B. Nimbueva）：方法论，数据管理。塞尔梅格·V·巴扎尔萨杜埃娃（Selmeg V. Bazarsadueva）：撰写——初稿。奥尔加·D·布达耶娃（Olga D. Budaeva）：方法论，数据管理。叶夫根尼娅·T·平塔耶娃（Evgenia Ts. Pintaeva）：撰写——审稿与编辑。瓦西里·V·塔拉斯金（Vasilii V. Taraskin）：撰写——审稿
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究是在俄罗斯科学院西伯利亚分院贝加尔自然管理研究所的资助下完成的。
