《Environmental Research》：Linking Urban Expansion to Multi-Contaminant Pollution in Karst Aquifer Cenotes
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D. 阿尔瓦拉多-桑布拉诺 | M.Y. 阿亚拉-坎波斯 | S.A. 雷耶斯-科林 | S. 瓦斯科-维特里 | R. 佩雷斯-塞瓦略斯 | R. 罗霍 | J.S. 阿姆斯特朗-阿尔特林 | B.Y. 佩雷斯-阿尔瓦拉多 | L. 阿布雷尔 | D. 巴里恩特斯 | M.G.
D. 阿尔瓦拉多-桑布拉诺 | M.Y. 阿亚拉-坎波斯 | S.A. 雷耶斯-科林 | S. 瓦斯科-维特里 | R. 佩雷斯-塞瓦略斯 | R. 罗霍 | J.S. 阿姆斯特朗-阿尔特林 | B.Y. 佩雷斯-阿尔瓦拉多 | L. 阿布雷尔 | D. 巴里恩特斯 | M.G. 莫拉特莱特 | M.V. 卡帕雷利
墨西哥国家人文、科学与技术委员会（CONAHCYT），Insurgentes Sur大街1582号，墨西哥城，03940
摘要
尤卡坦半岛（YP）拥有全球最大的喀斯特含水层系统之一，这些含水层通过天坑直接与地表相连。这些天然形成的洼地对于该地区的饮用水供应至关重要，但越来越多的报告指出它们已成为环境污染的源头。在这项研究中，我们评估了位于YP加勒比海岸快速城市化地区普拉亚德尔卡门（Playa del Carmen）的九个天坑的水质和污染物状况。分析的污染物包括沉积物中的潜在有毒元素（PTEs）、水中的微塑料以及水中的全氟和多氟烷基化合物（PFAS），旨在探讨城市化如何影响水质和污染物积累。根据2010年以来的土地利用变化估计，城市化程度介于0%到100%之间。所有天坑中都检测到了微塑料，其中城市化程度最高地区的沉积物中微塑料浓度最高。PFAS的浓度在城市化程度较高的天坑中也最高。潜在有毒元素的富集程度从轻微到严重不等，其中镉、铜和砷是最令人担忧的元素。污染负荷指数证实，城市化程度较高的天坑整体污染也更严重。这些发现表明，快速且无计划的城市扩张，加上不完善或缺乏的废水处理，对尤卡坦半岛的喀斯特含水层系统的完整性和水质构成了严重威胁。
引言
墨西哥的尤卡坦半岛拥有全球最大的喀斯特含水层系统之一，称为“大玛雅含水层”。该系统覆盖面积超过165,000平方公里，包含世界上最长的水下洞穴网络（Bauer-Gottwein等人，2011年）。天坑对玛雅文化具有重要的文化和精神价值，是该地区的主要水源（Alcocer等人，1998年；Kopczynski等人，2025年）。这些生态系统栖息着特有物种，是区域生物多样性的重要库（Alcocer等人，1998年；MacSwiney G.等人，2007年；Lopez-Maldonado & Berkes，2017年；Vernes & Devos，2022年）。迄今为止，已经记录了许多物种，包括许多特有物种以及大量尚未探索的生物多样性（Cervantes-Martínez等人，2018年）。
位于尤卡坦半岛东部的金塔纳罗奥（Quintana Roo）的天坑受到霍尔博克斯断裂带–德尔哈（Holbox Fracture Zone–Xel-Ha）的结构控制，这条裂缝带是南北走向的逆断层，与海岸线平行（Perry等人，2002年）。该断层系统在引导地下水通过喀斯特网络（包括裂隙、裂缝和岩石基质）流动中起着关键作用（Schmitter-Soto等人，2002年）。由于其水力特性，尤卡坦半岛的含水层被归类为潜水含水层（非承压含水层），通过数千个直径从几米到超过100米的天坑与地表相连（Bauer-Gottwein等人，2011年；Schmitter-Soto等人，2002年）。沿海含水层的补给主要来自降水和内陆地区的地下水流入，这些水在密度驱动的对流层向上流动（Pacheco-ávila & Cabrera-Sansores，2002年；Perry等人，2009年）。在广泛的水下洞穴系统中，地下水流动速度大约为每天0.5至2.5公里（Beddows，2004年）。在密度梯度处，溶解过程特别活跃，这增强了孔隙度和渗透性，促进了横向扩展的洞穴网络的发展，进一步促进了深层地下水的循环（Beddows等人，2002年）。由于该地区没有地表河流或溪流，地下水是该地区唯一的淡水来源。部分降水被植被拦截或通过蒸发损失，其余部分则渗入并补给含水层，形成了完全的地下水渗排系统（Pacheco-ávila & Cabrera-Sansores，2002年）。
尽管尤卡坦半岛的居民高度依赖地下水，但天坑面临着日益增加的环境威胁（Mejía-Ortíz等人，2022年）。该地区高度多孔的喀斯特石灰岩使得降水及其携带的污染物能够迅速渗透，使含水层特别容易受到污染（Moreno-Pérez等人，2021年）。这种喀斯特系统使得污染物（如多环芳烃、农药、药品、非法药物、个人护理产品、营养物质和持久性有机污染物）能够快速渗透（Moreno-Pérez等人，2021年）。此外，垃圾填埋场的渗滤液和来自故障或泄漏的污水基础设施的微生物污染物也会迅速渗透到地下，进而降低地下水质量（Saccò等人，2024年；Kopczynski等人，2025年）。因此，人类活动会对喀斯特环境产生显著影响，尤其是在人口密集的地区（Amin-Rasouli等人，2023年；Cooney等人，2023年；Cejudo等人，2024年）。
鉴于喀斯特的高渗透性，喀斯特含水层对地表扰动非常敏感，污染物可以通过其通道网络快速传播（Sánchez-Ahuactzin等人，2019年）。事实上，最近的研究记录了尤卡坦半岛各地天坑的恶化和污染情况（Cejudo等人，2024年；Mendoza-Olea等人，2022年；Rendón-von Osten等人，2025年）。然而，据我们所知，只有一篇科学论文（Kopczynski等人，2025年）和两篇论文（Komlos，2008年；Hernández de la O，2023年）专门研究了金塔纳罗奥州快速扩张的城市地区普拉亚德尔卡门的天坑情况，那里天坑分布密集。普拉亚德尔卡门占据墨西哥旅游收入的很大份额，每年吸引数百万游客（Murray，2007年），其快速的城市化导致了废水处理不足，对地下水质量构成了严重威胁（Komlos，2008年；Uhu Yam，2022年）。随着该地区环境威胁的增加，明确天坑中的污染物水平对于了解当前的水资源威胁以及制定有效的监测框架以支持其保护和可持续利用至关重要。
在这里，我们对尤卡坦半岛加勒比海岸的普拉亚德尔卡门地区进行了全面的水质和污染物分析研究，该地区的城市化进程始于1985年（Francisco Ochoa-Jiménez等人，2023年）。我们评估了潜在有毒元素（PTEs）、微塑料（MPs）以及全氟和多氟烷基化合物（PFAS）的存在情况。我们研究了土地利用特征，特别是城市发展的程度，对这些污染物的出现和分布的影响。通过建立区域基准并识别影响污染物出现的土地利用因素，本研究为了解普拉亚德尔卡门天坑当前的脆弱性提供了重要见解，并为未来该地区的地下水保护和管理工作提供了关键信息。
章节摘要
研究区域及多年的土地利用变化
墨西哥的普拉亚德尔卡门位于由更新世碳酸盐岩构成的地区，由于强烈的喀斯特化作用，该地区没有地表河流（Perry等人，2009年）。该地区有许多喀斯特特征，包括天坑（图1），其中许多天坑位于或靠近城市区域。其沿海含水层通过裂缝和裂隙网络相连，地下水通过这些通道从西向东流动（Bauer-Gottwein等人，2011年）。
水质指数
天坑水样的理化数据见补充表1，其中数值代表了三个采样深度（表面、水中和底部）的平均值，这些数据用于计算CCME水质指数（CCME WQI）。pH值介于6.9到8.0之间（平均7.3），表明地下水呈中性至微碱性。电导率（EC），作为溶解盐的指标，范围为812至5,296 μS/cm（平均2,561.8 μS/cm）；根据 Freeze & Cherry（1979年）的标准，89%的……
结论
普拉亚德尔卡门的天坑存在潜在有毒元素（PTEs）、微塑料（MPs）和全氟及多氟烷基化合物（PFAS）的污染迹象，反映出城市化对该高度脆弱喀斯特系统的影响日益加剧。环境影响指标一致显示，城市化程度最高的天坑污染物浓度最高，生态风险也最大。特别值得关注的是，其中一个污染最严重的水坑
作者贡献声明
D. 阿尔瓦拉多-桑布拉诺： 资料撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，数据可视化，验证，监督，软件使用，资源协调，方法学设计，调查实施，数据分析，概念构建。玛丽安娜·V·卡帕雷利： 资料撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，数据可视化，验证，监督，软件使用，资源协调，项目管理，方法学设计，资金筹集，数据分析，概念构建。M.Y. 阿亚拉-坎波斯：
未引用参考文献
Adriano, 1986; CCME - 加拿大环境部长会议（Canadian Council of Ministers of the Environment），2017; CONABIO - 国家生物多样性知识与利用委员会（Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad），2026; Drucker等人，2003; EPA 环境保护署（Environmental Protection Agency），2022; EPA 环境保护署，2007; EPA 环境保护署，2025; INEGI - 国家统计地理研究所（Instituto Nacional de Estadística y Geografía），2020; Napper 和 Thompson，2016; Palacios-Marín等人，2022; R，2026; SEMARNAT - 环境与自然资源部（Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales），
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本论文的研究结果。
致谢
我们感谢何塞·R·里维拉-埃尔南德斯（José R. Rivera-Hernández）博士在鉴定聚合物方面的帮助。DAZ和GMM感谢CONAHCYT提供的博士后资助（“Estancias Posdoctorales”项目，2024年）。我们还要感谢Josefina Santos Ramírez、Alejandra Flores Ramiro、Erick Moreno、Raul Padilla以及Cenotes Urbanos志愿者在野外工作、后勤和数据收集方面的支持。MYAC和SVV受益于CONAHCYT的研究生项目资助（2023-2024年）。
