城市河流是人类活动的聚集地，城市化进程加速正使其面临前所未有的生态压力。河流整合了流域尺度的各类生物地球化学过程，并将陆地物质输送到海洋。河口输出的物质多通过边缘海进行物质交换和沉积，故边缘海的环境较其他地区更为脆弱，城市河流输出通量可能对边缘海构成重大威胁，从而在更大范围内影响陆地-海洋生态环境和物质循环。因此，城市流域物质循环是近年来相关研究的热点问题，准确评估城市河流中的人为影响，能够为阐明城市水环境现状提供关键视角。河流物质受到多种环境过程作用，除此以外非点源污染的主导地位使得城市河流系统更加复杂，这阻碍了物质来源的准确识别和贡献量化。锶及其同位素是评估流域尺度自然和人为影响以及确定城市河流在塑造边缘海系统和锶循环中所起作用的关键手段。将锶同位素应用到城市河流系统中，或许能够为阐明城市河流物质通量对全球锶循环的影响提供更加全面的见解。

针对以上科学问题，我校科学研究院博士研究生张诗童在导师韩贵琳教授的指导下，对流经我国京津冀地区的典型城市河流（永定-潮白河）溶解态Sr同位素进行了详细研究，并将水化学和锶同位素数据通过贝叶斯模型进行耦合，以评估城市人为活动贡献及其对边缘海的影响。取得主要进展如下：

（1）典型城市河流中的溶解锶浓度（440.6 μg/L）远高于全球平均水平（78.3 μg/L），而⁸⁷Sr/⁸⁶Sr则相反（城市河流为0.7104，全球河流为0.7119），与其他河流类型相比展现出独特的城市特征（图1）。根据元素摩尔比，本研究对特定人为端元进行了初步判断（图2）。

（2）将水化学指标和Sr同位素在贝叶斯模型中进行耦合，对河流溶质的来源贡献概率进行了反演。Sr同位素的加入提高了城市河流复杂系统中来源示踪的准确性，使得模型的可靠性进一步增强。结果表明，上游自然风化过程和人类活动共同控制着河流溶质组成，人为贡献（61.2%）在中下游地区占主导地位，上游煤炭开采（35.2%）的贡献也不容忽视。在五种人为来源（污水、施肥、煤炭、市政用水和灌溉）中，市政用水（35.4%）所占比例最高，污水贡献（6.2%）的空间分布情况与京津冀地区工厂的地理位置相吻合，证实了模型的高灵敏度 （图3）。

（3）计算表明，典型城市河流的Sr通量约为1.97×10⁴吨/年，城市活动贡献了河流中超过一半的锶通量，这表明诸多城市活动（煤炭开采和污水输入等）对附近边缘海的物质循环构成了严重威胁，此外再生水对附近河流的影响仍然不容忽视，城市河流可能是全球锶循环中一个重要的锶源。

这项工作提高了对于复杂城市河流系统中人为贡献的认识，表明了锶同位素在反演城市流域生物地球化学过程中具有重要潜力，这对于利用锶同位素探索人为过程和生物地球化学循环具有重要的科学意义。在全球城市化的大背景下，迫切需要对城市河流输出通量进行更加深入的研究，以实现大陆-海洋系统的协调和可持续发展。

图1 典型城市河流中Sr浓度及其Sr同位素的统计分析

图2 典型城市河流和世界大型河流溶解态Sr同位素及元素摩尔比值的关系

图3 典型城市河流中Sr来源占比及其输出通量的示意图

上述研究成果发表于水资源与环境科学领域自然指数期刊《Water Research》上：Zhang Shitong, Han Guilin*, Gao Xi, Liu Jinke, Qiao Nan. Megacity river as a critical anthropogenic source of strontium release in global Sr cycle: Insights from Bayesian mixing model and Sr isotope. Water Research. 2025, 123402. [IF 2023=11.5]

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123402