《Environmental Research》：Metal Contamination in Euphrates Headwater Sediments: Integrated Risk Assessment and PMF-Based Source Apportionment in a Geologically Complex Basin
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河流生态系统受人类活动威胁，采矿导致金属污染。本研究评估土耳其卡拉斯乌河流域14种金属在金矿滑坡后的沉积物污染，发现镍（Ni）和铬（Cr）浓度分别达917和336 mg/kg，远超生态阈值（PEC：48.6和111 mg/kg），风险等级高。空间分析显示K1和K9污染最重，PMF模型指出采矿是主要污染源。
作者：Memet Varol, Münir Ahmet Tunar
土耳其马拉蒂亚图尔古特·奥扎尔大学农业学院水产养殖系
摘要
河流是受人类活动影响最严重的生态系统之一，而采矿是全球金属污染的主要来源。本研究评估了土耳其东部幼发拉底河重要源头卡拉斯河盆地表层沉积物中14种金属的浓度，该地区最近发生了一起金矿事故。这是首次对卡拉斯河流域沉积物金属污染进行全面的灾后评估，结合了沉积物质量指南（TEC/PEC）、多种污染和生态风险指数以及正矩阵分解（PMF）源分配方法。研究结果表明，镍（Ni）和铬（Cr）是最关键的污染物，其浓度分别达到了917 mg/kg和336 mg/kg。所有镍浓度以及85%的铬浓度超过了PEC阈值（镍为48.6 mg/kg，铬为111 mg/kg），表明存在显著的生态风险。相比之下，30%的砷（As）和35%的铜（Cu）浓度位于TEC–PEC范围内。空间分析和聚类分析确定K1点（靠近埃尔津詹省）和K9点（?alt?溪流）为污染最严重的区域，这些区域的污染主要受采矿和废水排放的影响。PMF模型识别出四个主要的金属来源，其中采矿活动被认为是镍、铬和钴污染的主要因素，但也不能完全排除自然地质因素的影响。总体而言，研究结果凸显了采矿对沉积物质量的显著影响，强调了持续监测、加强监管和有针对性治理的必要性，以保护水生生态系统和下游社区。
引言
河流在人类社会发展史上发挥了重要作用，提供了水源、食物、交通路线和肥沃的农业用地。这些功能支持了经济增长和城市化（Ustao?lu等人，2024；Wang和He，2022；Varol和Sünbül，2026）。然而，近几十年来，这些关键生态系统日益受到人为活动的威胁。快速工业化、城市扩张、采矿和集约化农业导致全球河流水质严重恶化（White等人，2024；Best，2019）。
在各种污染物中，具有潜在毒性的金属尤其令人担忧，因为它们具有持久性、毒性和强生物累积性（Aggarwal等人，2025；Ali和Aboul-Enein，2002a）。这些金属通过污染用于饮用、灌溉和工业目的的水资源，对水生生态系统和人类健康构成严重威胁（Ranjan等人，2024）。作为持久性环境污染物，金属可以在生物体内累积并进入食物链，导致长期的生态和健康风险（Zeb等人，2024；Sultana等人，2025；Xie等人，2022）。它们的毒性取决于其生物学作用：铁（Fe）、铜（Cu）和锌（Zn）等必需金属对生理功能至关重要，但在高浓度下可能有害；而非必需金属如砷（As）、铅（Pb）和镉（Cd）即使在微量水平下也有毒性（Debnath等人，2024；Dey等人，2021；Wang等人，2025；Ali和Aboul-Enein，2002b）。尽管金属天然存在，但水生系统中高浓度的金属主要是由人类活动引起的，包括工业和家庭废水、车辆排放、采矿和农业化学品（Debnath等人，2024；Varol等人，2022；Yang等人，2024）。这些因素凸显了评估金属污染及其生态后果在河流流域中的重要性（Varol和Tun?，2025；Liu等人，2025；Tokatl?等人，2026）。
河流沉积物在金属的传输、积累和再动员过程中起着关键作用。虽然只有少量金属溶解在水中，但大部分金属吸附在悬浮颗粒上并沉积在底部沉积物中，从而长期存在（Javid和Mulligan，2025；Whiting等人，2025）。然而，沉积物并非永久性的储存库。环境条件的变化，如pH值、氧化还原电位和水动力，可以重新释放金属，形成二次污染源（Aggarwal等人，2025；Whiting等人，2025）。受污染的沉积物也可能被带到下游，从而扩大污染范围。这一过程通过水生食物链中的生物累积增加了生态风险（Xu等人，2025）。因此，基于沉积物的评估被广泛用于评估长期污染和生态风险。最近的研究越来越多地结合沉积物质量指南、污染指数、生态风险评估和正矩阵分解（PMF）等受体模型，以更好地了解污染源和动态（Zeb等人，2024；Cao等人，2025；Sultana等人，2025；Islam等人，2025；Yüksel和Ustao?lu，2025）。
采矿活动是河流系统中金属污染最重要的人为来源之一。在矿石提取和加工过程中，大量金属通过尾矿、废石和工艺残留物释放到环境中（Tokatl?等人，2025；Lyu等人，2019；Hamilton等人，2020；Sur等人，2022）。位于土耳其东部的卡拉斯河流域是幼发拉底河的主要源头之一，由于其丰富的矿产资源和高强度的采矿活动而特别脆弱（Varol等人，2021；S?nmez等人，2023）。2024年2月埃尔津詹省?li?区的??pler金矿发生结构故障，导致大量堆浸材料滑坡，这一事件凸显了该地区的脆弱性（Geoengineer，2024；Büyükakp?nar等人，2025）。该矿位于上游流域，可能促进金属向下游迁移，对当地社区和跨界地区造成生态风险。尽管事件严重，但化学污染物的类型、浓度和沿河流的纵向分布仍不明确，这是一个关键的数据缺口。
金属向卡拉斯河的迁移对水生生态系统和依赖水资源的社区构成了重大环境威胁。特别是在埃尔津詹和Kemaliye之间，这条河流支持农业、畜牧业和当地生计，因此需要独立的现场评估。虽然之前的研究已经记录了该流域的金属污染情况（Varol等人，2021；S?kmen等人，2018），但这些研究是在常规运营条件下进行的，且发生在2024年矿难之前，因此缺乏独立的灾后评估。
本研究通过提供卡拉斯河流域沉积物中金属污染的第一次综合灾后评估，填补了这些空白。具体而言，它旨在（i）量化金属浓度并评估污染水平，（ii）使用多种指数和沉积物质量指南评估生态风险，（iii）使用PMF模型识别和分配污染源。通过结合这些方法，研究为了解受采矿影响的跨界河流系统中金属的空间分布和来源提供了新的见解。研究结果有望支持幼发拉底河流域的环境监测、风险管理和可持续水资源规划。
研究区域
卡拉斯河流域位于安纳托利亚东部，面积为10,275平方公里，是幼发拉底河水系的重要组成部分。该河发源于埃尔祖鲁姆的Dumlu山脉，全长约460公里，流经多个省份后注入Keban水库（图1）（Ertas等人，2016）。该流域的水文特征主要受大陆性气候影响，高海拔地区（1125-3500米）的融雪对其有显著贡献。
分布特征
表1和图2展示了卡拉斯河沉积物中14种金属的基本统计数据。这些金属的平均浓度（mg/kg）按降序排列为：铁（Fe）（36643）> 铝（Al）（19174）> 锰（Mn）（620）> 镍（Ni）（405）> 钡（Sr）（243）> 铬（Cr）（182）> 钡（Ba）（81.5）> 锌（Zn）（42.2）> 铜（Cu）（30.1）> 钴（Co）（29.6）> 硼（B）（17.3）> 砷（As）（8.62）> 铅（Pb）（7.38）> 镉（Cd）（0.116）。所有铝和钡的浓度均低于地壳相应上限浓度（UCCs）（表1），而镍和铬的浓度……
结论
本研究对卡拉斯河流域在??pler金矿事故后的沉积物金属污染进行了全面评估。镍（Ni）、铬（Cr）和钴（Co）的浓度升高，尤其是在K1和K9点，表明存在局部生态风险，并突显了采矿活动的主导作用。虽然超基性岩性对自然地球化学背景有贡献，但PMF结果和空间模式表明人为输入是主要因素。
作者贡献声明
Memet Varol：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，监督，方法论，调查，概念化。
Münir Ahmet Tunar：方法论，调查
利益冲突声明
? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究。
致谢
本研究由马拉蒂亚图尔古特·奥扎尔大学科学研究项目协调单位资助（项目编号：24?01）。我们衷心感谢编辑和审稿人的宝贵意见和建议，这些意见极大地提高了手稿的质量。
