王迪、韩贵琳等：水库拦截与城市排放如何重塑三峡水库的稀土地球化学特征？【Water Research, 2026】

发布时间：2026-01-30     作者：    阅读：0次

稀土元素（REEs）因其独特的地球化学分馏性质，被广泛用于示踪河流、河口及海洋系统中的自然风化过程。然而，随着全球工业化与城市化的快速发展，REEs在现代工业、农业与医疗领域的应用规模日益增长，已逐渐成为一类备受关注的新兴污染物。三峡工程作为世界上最大的水利枢纽，其所在的长江上游地区正经历快速的城市化发展。在水库调度引起的水文条件变化与高强度人为输入的共同影响下，河流REEs的生物地球化学正经历着深刻的改变。因此，系统解析这一复杂环境下的元素循环演变特征并揭示其驱动机制，对于深入理解大型水库生态系统的物质循环以及保障水质安全具有重要科学价值。

针对上述问题，中国地质大学（北京）科学研究院韩贵琳教授团队对三峡水库流域河水的溶解态REEs开展了系统研究。通过结合历史数据对比、化学计量学分析及正定矩阵因子分解（PMF）模型，定量解析了水库运行与城市化对REEs生物地球化学循环的耦合作用。取得的主要认识如下：

（1）水库运行增强了颗粒态清除作用，导致溶解态REEs浓度显著降低。与三峡水库蓄水初期（2003-2006年）的数据相比，2020年丰水期河水溶解态稀土元素总量（ΣREE）降低约一个数量级（图1）。研究发现，这一时间尺度上的变化主要归因于水库运行引起的水文地球化学条件改变。蓄水导致流速减缓、水体滞留时间延长，并伴随pH值的升高，增强了悬浮颗粒物对溶解态REEs的吸附与络合能力。这一过程使得水库在REEs循环中表现出显著的“汇”特征，该过程在中游滞水区尤为剧烈。

（2）广泛的钆（Gd）异常指示了医疗废水等点源输入的持续积累。尽管自然来源的REEs受到水库清除效应的显著影响，研究仍在全流域范围内识别出显著的正Gd异常（图2；中位值 δGd = 2.6，最高达9.7）。与2003-2006年的近自然背景值相比，当前δGd值显著上升，表明该流域已形成清晰的人为地球化学信号。空间分析显示，Gd异常高值区与重庆等主要城市分布高度吻合。基于质量平衡估算与人口排放模型的定量分析显示，医疗核磁共振（MRI）造影剂的广泛使用可能是流域内Gd异常的主要诱因。这表明，在自然风化信号被水库截留的同时，人为来源的REEs正逐渐主导水体溶解态REEs的地球化学特征。

（3）定量源解析揭示了自然与人为来源的解耦。利用PMF模型对溶解态REEs进行源解析的结果显示，轻稀土元素（LREE）主要受控于自然岩石风化过程（贡献率约67.6%），而重稀土元素（HREE）则表现出更强的人为来源特征（图3）。与特定人为源因子的统计关联表明，城市污水处理厂排水和农业复合肥流失是主要的人为输入途径。

图1 三峡水库河水溶解态REEs配分模式

图2 δCe、δEu与δGd 的空间分布

图3 基于PMF模型的三峡水库河水REEs源解析结果

上述研究成果发表于环境科学与水资源领域自然指数期刊Water Research（SCI一区TOP，IF=12.4）上，中国地质大学（北京）在站博士后王迪为第一作者，中国地质大学（北京）韩贵琳教授为通讯作者。

论文信息：Di Wang, Guilin Han*, Yuchun Wang and Shunrong Ma. Anthropogenic gadolinium anomalies and reservoir-driven removal of dissolved rare earth elements in the world’s largest hydropower project. Water Research, 2026, 293: 125420.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.125420