集约化农业工业区地表与地下水新兴污染物分布、风险及来源评估研究

　　本研究针对印度Hindon河流域，系统监测了农药、多环芳烃(PAHs)和邻苯二甲酸酯(PAEs)等新兴污染物(ECs)的空间分布特征，评估了其生态与健康风险及来源，并利用农药理化性质和区域水文地质特性评估了常用农药的淋溶潜力。研究发现工业废水排放、农业活动及地下水超采是主要污染源，其中毒死蜱(Chlpry)、芘(Pyr)、邻苯二甲酸二异丁酯(DiBP)和邻苯二甲酸二正丁酯(DnBP)等污染物呈现中高风险。研究成果为制定源头特异性修复策略、保障公共与生态健康提供了科学依据。

　　

在人口增长和生活水平提升的驱动下，亚洲太平洋地区面临着严峻的水资源安全挑战。该地区居住着约30亿人口，是全球经济、农业、工业和商业活动的重要枢纽。值得注意的是，该区域的农业部门消耗了90%的淡水资源，远高于全球75%的平均水平，并且有超过90%的人口正面临迫在眉睫的水危机。印度作为该地区的重要国家，其地下水开采量占全球总量的25%，在过去二十年中，开采量更是惊人地增长了500%。除了常规和遗留污染物外，快速的城镇化、工业化以及农业集约化引入了新兴污染物（ECs），如药品、个人护理产品、农药及其转化产物、微塑料、阻燃剂和全氟及多氟烷基物质（PFASs），这些问题加剧了地表和地下水污染。

集约化的耕作和工业活动对水安全构成了来自新兴污染物（ECs）的重大风险。为了深入了解这一问题，研究人员在印度Hindon河流域开展了一项综合研究，系统监测了农药、多环芳烃（PAHs）和邻苯二甲酸酯（PAEs）的分布情况，评估了其空间分布特征、生态和人类健康风险，并进行了来源解析。此外，研究还结合农药的理化性质和区域水文地质特性，评估了当前使用农药的淋溶潜力。相关研究成果发表在《Journal of Hazardous Materials Advances》上，为制定有效的污染治理策略提供了重要科学依据。

本研究采用了多种关键技术方法。研究人员在Hindon河上游和中游系统采集了25个水样（包括6个河水样、17个浅井水样和2个深井水样），使用气相色谱-质谱联用（GC-MS）和高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）技术检测了20种农药、8种多氯联苯（PCBs）、16种PAHs和16种PAEs。通过质量保证与质量控制（QA/QC）程序，确保了数据的准确性和可靠性。农药淋溶潜力（PLP）通过地下水普遍性评分（GUS）、全球淋溶指数（GLI）、淋溶指数（LIN）等多种指数进行评估，并采用蒙特卡洛模拟（MCS）进行敏感性分析。生态风险评价（ERA）采用风险商（RQ）法，人类健康风险评价（HHRA）则包括非致癌风险（使用危害商HQ）和致癌风险（使用增量终身癌症风险ILCR）。来源解析采用正矩阵分解（PMF）模型。

4.1. 河流、浅井和管井中ECs的赋存与空间分布

研究结果显示，农药、PAHs和PAEs在各类水样中均有检出，平均浓度范围分别为17.71-12404 ng/L、25.43-201.65 ng/L和804.57-8946.33 ng/L。农药中，毒死蜱（Chlpry）的检出频率最高（52%），且在所有河水样中均有检出，最高浓度达1841.85 ng/L，出现在Muzaffarnagar的Kali河。PAHs中，蒽（Ant）在所有采样点均有检出，萘（Npt）、芴（Fle）、芘（Pyr）和苊（Acy）的检出频率分别为96%、84%、60%和44%。PAEs中，邻苯二甲酸二乙酯（DEP）、邻苯二甲酸二异丁酯（DiBP）、邻苯二甲酸二正丁酯（DnBP）和邻苯二甲酸二环己酯（DCHP）在所有水样中均有检出。空间分布表明，上游地区污染物浓度普遍高于中游地区，这与工业活动分布、地下水流动方向及水位下降趋势密切相关。

4.2. 农药淋溶潜力评估

对31种常用农药的淋溶潜力评估表明，磺酰磺隆（sulfosulfuron）、甲磺隆（metsulfuron methyl）、吡虫啉（imidacloprid）、莠去津（Atr）、多菌灵（carbendazim）、乐果（Dimet）和草甘膦（glyphosate）等农药由于较高的移动性和持久性，表现出显著的淋溶风险。尽管氟虫腈（Fip）、毒死蜱（Chlpry）和高效氯氟氰菊酯（lambda-cyhalothrin）的淋溶潜力较低，但其残留仍在地下水中有检出，这与其高施用频率和洪水事件有关。敏感性分析显示，农药的有机碳吸附系数（K_oc）、水溶解度（S_w）和半衰期（t_1/2）以及区域的补给速率、土壤导水率和地下水位是控制淋溶行为的主导因素。

4.3. 生态风险评价

生态风险评价（ERA）显示，约53%的检出污染物对水生生态系统构成中高风险。农药中，毒死蜱（Chlpry）和莠去津（Atr）的风险商（RQ）值在0.1-1之间，构成中等风险。PAHs中，芘（Pyr）和蒽（Ant）的RQ值大于1，构成高风险，尤其对藻类、水蚤和鱼类等水生生物。PAEs中，DCHP、DAP、DnBP和DiBP的RQ值均大于1，构成高风险，而DEP和DMP的风险相对较低。累积生态影响排序为：DCHP > DAP > DnBP > DiBP > DEP > DMP。这些结果与Hindon河流域历史生物多样性丧失的报道相一致，强调了采取污染控制措施的紧迫性。

4.4. 健康风险评价

健康风险评价（HHRA）表明，通过摄入途径暴露的风险远高于皮肤接触途径，儿童是最易感的群体。农药的非致癌风险（HQ）均低于1，未显示出显著风险。PAHs中，萘（Npt）通过增量终身癌症风险（ILCR）评估显示出一定的致癌风险。PAEs中，DnBP和DiBP的HQ值大于1，表明长期暴露存在潜在的非致癌风险，其ILCR值接近1×10^-4的阈值，提示存在中度的致癌风险。DEP和DMP的风险相对较低。总体而言，非致癌风险高于致癌风险，这对制定针对脆弱人群的保护策略提出了要求。

4.5. 源解析

正矩阵分解（PMF）源解析结果表明，检测到的污染物主要来源于五个方面：农业投入及径流、汽车及化石燃料燃烧、工业及商业化学品应用、混合工业及制造业废水以及城市生活污水。农业来源是毒死蜱（Chlpry）的主要贡献者（81%）。汽车及化石燃料燃烧对萘（Npt）、芴（Fle）、蒽（Ant）和芘（Pyr）的贡献显著。工业及商业化学品应用是DMP、DEP和DnBP的主要来源。混合工业废水中DCHP、DiBP和DEP的占比较高，城市生活污水则是DnBP、DEP和DiBP的重要来源。该分析强调了工业排放是河流和地下水污染的主要来源，需要针对性的管理策略。

本研究全面评估了Hindon河流域地表水和地下水中农药、PAHs和PAEs的空间分布、来源及风险。研究发现，这些新兴污染物普遍存在，其分布受到人为活动、环境条件和化学性质的共同影响。农药淋溶潜力评估强调了高持久性、低K_oc值的农药具有更高的淋溶风险，需要严格的监管措施。生态风险评价表明，多种污染物对水生生态系统构成中高风险，历史生态退化数据进一步支持了这一发现。健康风险评价提示，儿童通过摄入途径暴露的风险最高，DnBP和DiBP等PAEs对健康构成显著威胁。源解析结果指出，工业排放和农业活动是主要污染源。综上所述，该研究为制定针对性的污染治理策略、优先监控污染物以及保障公共和生态健康提供了关键科学依据。未来研究应扩展至多季节采样、累积风险评估以及更多类型的新兴污染物，以更全面地了解其环境影响和健康风险。