《Environmental Pollution》：Underestimated legacy of historical metallurgy and modern contamination transformation in southwestern China: insights from crater lake sediments
編輯推薦：
湖相沉積物重建了西南地區(qū)1600-1950年鉛、銻等重金屬污染歷史，揭示了明清時期冶金活動與近代工業(yè)排放的雙重影響，指出使用前工業(yè)背景值作為基準(zhǔn)會低估現(xiàn)代污染程度。
史萬平|姜世偉|羅勇|陳一彥|季明|趙宏飛|劉宣橋|徐立強(qiáng)|李向中|張卓雅|周鑫
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，合肥，230026，中國
摘要
湖泊沉積物是重建區(qū)域痕量金屬污染歷史和評估人類活動環(huán)境影響的重要檔案。盡管對中國西南部湖泊沉積物的研究提高了我們對現(xiàn)代污染趨勢的理解，但在歷史時期（特別是明清時期）痕量金屬積累及其環(huán)境影響仍知之甚少。這種局限性可能導(dǎo)致使用前工業(yè)背景值作為基準(zhǔn)時低估了人為輸入的影響，并可能掩蓋早期采礦和冶煉活動的長期環(huán)境遺產(chǎn)。在這里，我們利用大龍?zhí)痘鹕娇诤幸粋�年代明確的沉積物巖芯，重建了過去一千年來鉛（Pb）、錫（Sn）、銻（Sb）、鉍（Bi）、銅（Cu）和銀（Ag）的高分辨率記錄，以區(qū)分自然和人為來源。結(jié)果表明，1250–1640年間污染水平相對較低，表明人為影響有限。從1640年到1950年，出現(xiàn)了明顯的采礦-冶煉污染特征，表現(xiàn)為鉛、錫、銻和鉍的同時富集，這與歷史上區(qū)域冶金活動的加劇密切相關(guān)。自1950年以來，鉛和錫的含量下降，而銻的含量呈指數(shù)級增長，這與從以冶金為主導(dǎo)的輸入向與燃燒相關(guān)的大氣排放的轉(zhuǎn)變一致。這些發(fā)現(xiàn)表明，僅使用前工業(yè)背景值作為基準(zhǔn)可能會大大低估現(xiàn)代污染的程度，并掩蓋歷史冶金活動的長期影響。我們的結(jié)果為更準(zhǔn)確地評估人類-環(huán)境相互作用提供了依據(jù)，并為制定基于證據(jù)的污染緩解策略提供了信息。
引言
痕量金屬污染是一個全球性的環(huán)境問題，因?yàn)樗鼈兙哂谐志眯�、生態(tài)毒性和生物累積性，威脅著水生生態(tài)系統(tǒng)的完整性和人類健康（He等人，2013；Hou等人，2020；Mandri等人，2025；Pandit等人，2024；Xiao等人，2021）。重建歷史排放軌跡、識別污染來源和評估長期環(huán)境影響對于建立可靠的區(qū)域基準(zhǔn)、明確污染動態(tài)以及制定預(yù)防和控制策略至關(guān)重要（Ceccopieri等人，2025；Nishitha等人，2025；Tian等人，2015；Wang等人，2019）。在環(huán)境檔案中，湖泊沉積物被廣泛用于高分辨率的環(huán)境變化和污染歷史重建，因?yàn)樗鼈兙哂谐练e連續(xù)性、受干擾少且能保留高時間分辨率（Cooke等人，2022；Hillman等人，2015；Jiang等人，2023；Jiang等人，2021；Luo等人，2025b；Sun等人，2023；Wagner等人，2025；Zhou等人，2016）。
近幾十年來，對云南省的湖泊沉積物進(jìn)行了大量的痕量金屬研究，如洱海（Li等人，2017；Lin等人，2016）、陽宗海（Zhang等人，2012）、撫仙湖（Liu等人，2013；Zeng和Wu，2009）、杞麓湖（Yang等人，2020）和星云湖（Gao等人，2018），主要記錄了過去100年的痕量金屬污染軌跡及其與人類活動的聯(lián)系（Li等人，2025；Lin等人，2018；Wang等人，2019；Yang等人，2021；Zhang等人，2014；Zhang等人，2023）。這些研究表明，自20世紀(jì)50年代以來，區(qū)域工業(yè)化和能源消耗的增加導(dǎo)致了湖泊沉積物中鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）和汞（Hg）的富集，且富集速率在20世紀(jì)80年代后加快（Li等人，2025；Lin等人，2018；Wang等人，2019；Zhang等人，2012）。
云南省擁有豐富的有色金屬資源，并擁有超過兩千年的采礦和冶煉歷史（Hillman等人，2015；Li等人，2017；Zeng和Wu，2009）。在明清時期，銀（Ag）、鉛（Pb）和錫（Sn）的采礦和冶煉活動顯著擴(kuò)大，該地區(qū)在規(guī)模和技術(shù)能力上成為全國中心。歷史記錄顯示，這一時期的云南省銅（Cu）和錫（Sn）產(chǎn)量超過了其他省份；例如，在乾隆統(tǒng)治時期（1736-1796年），銅的產(chǎn)量達(dá)到了約1400萬斤（約7000噸），錫的產(chǎn)量占全國總量的80%以上（騰沖縣地名志編纂委員會，1995；Zhang，2000）。除了文獻(xiàn)證據(jù)外，中國西南部還保存有古代爐址、礦渣沉積物和冶煉遺跡，為該地區(qū)的廣泛歷史冶金系統(tǒng)提供了考古支持（Yang，2021）。
然而，大多數(shù)現(xiàn)有研究強(qiáng)調(diào)的是現(xiàn)代污染，而早期時期（尤其是明清時期）痕量金屬積累的規(guī)模及其環(huán)境影響仍知之甚少。盡管一些湖泊（如洱海）提供了長期背景參考（Hillman等人，2014；Hillman等人，2015），但作為核心采礦-冶煉區(qū)的中國西南部仍缺乏能夠量化傳統(tǒng)冶金排放及其長期環(huán)境遺產(chǎn)的高分辨率記錄。這一差距阻礙了對長期痕量金屬污染的理解，并可能影響區(qū)域基準(zhǔn)的建立，從而影響現(xiàn)代污染的評估。因此，明確前工業(yè)時期的采礦和冶煉的環(huán)境影響對于區(qū)分自然和人為輸入、重建長期人類-環(huán)境相互作用以及準(zhǔn)確評估現(xiàn)代污染的貢獻(xiàn)至關(guān)重要。
位于騰沖市的大龍?zhí)痘鹕娇诤拷袊髂喜康膸讉�歷史采礦和冶煉區(qū)，豐富的冶金遺跡和文獻(xiàn)記錄使其成為研究過去冶金活動及其環(huán)境影響的理想檔案。此外，其封閉的盆地、小的集水區(qū)和有限的地表徑流有利于形成對區(qū)域大氣沉降和相關(guān)污染輸入高度敏感的沉積記錄。因此，我們利用大龍?zhí)痘鹕娇诤某练e物，通過建立穩(wěn)健的年代學(xué)和整合多元素地球化學(xué)分析，重建了過去一千年來痕量金屬污染的高分辨率記錄。我們量化了明清時期的冶金影響，并區(qū)分了自然和人為貢獻(xiàn)。我們進(jìn)一步整合了歷史文獻(xiàn)和考古證據(jù)，以限制冶金污染的長期演變及其相關(guān)的環(huán)境響應(yīng)。
研究區(qū)域
大龍?zhí)逗?5°16′54″N，98°28′38″E，海拔1778米）是中國西南部騰沖市的一個小型、水文封閉的火山口湖。該盆地呈亞圓形，面積約為0.0074平方公里，最大水深約為10米（騰沖縣地名志編纂委員會，1995）。湖泊主要通過降水、地表徑流和地下水補(bǔ)給，沒有地表出水口。該地區(qū)具有亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候：來自印度洋的溫暖濕潤氣流……
年代學(xué)
短巖芯（GDDH-T）前13個樣本中的210Pb (210Pbex) 和 137Cs 特異性活動如圖2a所示。具體來說，210Pbex 隨深度呈指數(shù)下降。在巖芯的上部，137Cs 活性較高，在20厘米深度處達(dá)到最大值17.4 Bq·kg-1。在北半球，137Cs 的沉降峰值通常被定為1963年，對應(yīng)于大氣核武器試驗(yàn)的高峰期（Appleby，2001；Bird等人，2014）。
人類活動引起的金屬富集
地球化學(xué)指標(biāo)的定量分析表明，大龍?zhí)逗饔蛟?640–1950年間經(jīng)歷了嚴(yán)重的痕量金屬污染（圖4和5）。元素富集因子（EFs）和來源分配結(jié)果支持高人為輸入，在此階段人為對沉積物中鉛（Pb）和錫（Sn）的貢獻(xiàn)達(dá)到了約80%（圖4和5）。相關(guān)性和聚類分析進(jìn)一步顯示了與礦石相關(guān)的元素（鉛（Pb）、錫（Sn）、鉍（Bi）和銻（Sb）之間的強(qiáng)相關(guān)性
結(jié)論
本研究利用中國西南部大龍?zhí)逗某练e物記錄，重建了過去一千年來痕量金屬污染的高分辨率記錄，并識別出三個不同的階段。結(jié)果表明，1250–1640年間是一個污染較低的時期，濃度、沉積通量和富集因子都較低，與人類影響最小一致。1640–1950年間是一個冶金污染高峰期，其特征是……
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的競爭性財務(wù)利益或個人關(guān)系可能影響本文所述的工作。
作者貢獻(xiàn)聲明
張卓雅：研究。李向中：研究。史萬平：撰寫——初稿、可視化、方法學(xué)、研究、正式分析、數(shù)據(jù)管理。周鑫：撰寫——審閱與編輯、監(jiān)督、資源管理、項(xiàng)目協(xié)調(diào)、資金獲取、概念構(gòu)思。羅勇：方法學(xué)、數(shù)據(jù)管理。姜世偉：撰寫——審閱與編輯、監(jiān)督、方法學(xué)。季明：研究。陳一彥：撰寫——審閱與編輯。趙宏飛：研究。
未引用的參考文獻(xiàn)
Liu, 1967.
數(shù)據(jù)可用性聲明
支持本研究發(fā)現(xiàn)的原始數(shù)據(jù)可在補(bǔ)充材料中找到。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的競爭性財務(wù)利益或個人關(guān)系可能影響本文所述的工作。
致謝
本研究得到了國家自然科學(xué)基金（42494873，42301175）、中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)（WK2080000219）、云南省基礎(chǔ)研究計劃（編號202301AT070048）以及云南省振興人才支持“青年人才”項(xiàng)目（編號XDYC-QNRC-2022-0630）的共同支持。
