Source-Sink Mechanisms of Heavy Metals in Net Deposited Sediments in Water-Level Fluctuation Zone of Three Gorges Reservoir Area

SHENG Jiani; LI Nian; CAI Yuanyuan; WANG Tianwei; LI Zhaoxia; XUE Yong

doi:10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.04.036

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Source-Sink Mechanisms of Heavy Metals in Net Deposited Sediments in Water-Level Fluctuation Zone of Three Gorges Reservoir Area

Basic Research | 更新时间：2026-09-10

- Source-Sink Mechanisms of Heavy Metals in Net Deposited Sediments in Water-Level Fluctuation Zone of Three Gorges Reservoir Area
- Journal of Soil and Water Conservation Vol. 40, Issue 4, Pages: 386-395(2026)
- 作者机构：
  
  1.华中农业大学资源与环境学院，武汉 430070
  2.湖北省五峰土家族自治县农业农村局，湖北五峰 443413
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.04.036
  CLC： S157.1
- CSTR：32310.14.stbcxb.2026.04.036
- Received：15 December 2025，
  
  Revised：2026-01-25，
  
  Accepted：11 February 2026，
  
  Online First：14 April 2026，
  
  Published：28 August 2026
- 稿件说明：
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盛佳妮，李念，蔡源远，等.三峡库区消落带净沉积泥沙重金属源汇机制［J］.水土保持学报，2026，40（4）：386-395.

SHENG Jiani， LI Nian， CAI Yuanyuan， et al. Source-sink mechanisms of heavy metals in net deposited sediments in water-level fluctuation zone of Three Gorges Reservoir Area［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2026， 40（4）：386-395.
盛佳妮，李念，蔡源远，等.三峡库区消落带净沉积泥沙重金属源汇机制［J］.水土保持学报，2026，40（4）：386-395. DOI： 10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.04.036. CSTR： 32310.14.stbcxb.2026.04.036.

SHENG Jiani， LI Nian， CAI Yuanyuan， et al. Source-sink mechanisms of heavy metals in net deposited sediments in water-level fluctuation zone of Three Gorges Reservoir Area［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2026， 40（4）：386-395. DOI： 10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.04.036. CSTR： 32310.14.stbcxb.2026.04.036.

摘要

目的

为明确三峡库区单次水文调度周期内新增污染指纹，精准解析不同水动力条件下重金属的来源与驱动机制。

方法

在三峡库区典型干支流消落带（石宝寨、郭家坝、香溪河），利用原位沉积柱采集了完整水文周期的净沉积泥沙，结合潜在生态风险指数（PERI）、典范对应分析（CCA）及正定矩阵因子模型（PMF），系统解析了重金属（As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn）的污染特征、来源及环境驱动机制。

结果

1）污染特征：Cd是首要污染因子，平均含量显著高于库区背景值。库中的生态风险等级显著高于库首，且高风险热区为深层淹水区（145~155 m）。2）驱动机制：淹水时长解释了54.5%的重金属变异，是首要驱动因子。长周期淹水驱动的“水力分选效应”促使细颗粒物与重金属优先在低高程区吸附累积。3）来源解析：PMF模型识别出交通/工业源（主导Cd，Pb）、农业/混合源（主导As、Cu、Ni）和自然源（主导Mn）3类来源，其中Cd对工业源的贡献率接近100%。

结论

净沉积泥沙能有效反演库区短期污染输入，证实库区中部回水变动区作为“沉积过滤器”的拦截效应及其垂直富集机制，为三峡库区消落带重金属污染的精细化管理与分区防控提供科学依据。

Abstract

Objective

To clarify the newly introduced pollution fingerprints during a single hydrological regulation cycle in the Three Gorges Reservoir Area， and accurately identify the sources and driving mechanisms of heavy metals under different hydrodynamic conditions.

Methods

In the typical riparian water-level fluctuation zones （Shibaozhai， Guojiaba， and Xiangxi River） in the middle and lower reaches of the Three Gorges Reservoir Area， intact net-deposited sediments across a complete hydrological cycle were collected using in-situ sediment columns. The potential ecological risk index （PERI）， canonical correspondence analysis （CCA）， and positive matrix factorization （PMF） were applied to systematically analyze the pollution characteristics， sources， and environmental driving mechanisms of heavy metals （As， Cd， Cr， Cu， Mn， Ni， Pb， Zn）.

Results

1） Pollution characteristics： Cd was the primary pollution factor， with its average content significantly higher than the background value of the reservoir area. The ecological risk level in the reservoir center was significantly higher than that in the reservoir head， and the high-risk hotspots were concentrated in the deep flooding zone （145~155 m）. 2） Driving mechanisms： Flooding duration explained 54.5% of the variance in heavy metals， serving as the primary driving factor. The "hydraulic sorting effect" driven by long-term flooding facilitated the preferential adsorption and accumulation of fine particles and heavy metals in low-elevation areas. 3） Source apportionment： The PMF model identified three pollution sources， namely traffic/industrial sources （mainly contributing to Cd and Pb）， agricultural/mixed sources （mainly contributing to As， Cu， and Ni）， and natural sources （mainly contributing to Mn）. Among these， the contribution rate of industrial sources to Cd was nearly 100%.

Conclusion

It is confirmed that the net-deposited sediments can effectively retrace short-term pollution inputs in the reservoir area and confirm the interception effect of the midstream backwater fluctuation zone as a "sediment filter" and its vertical enrichment mechanism， thereby providing a scientific basis for the refined management and zoned prevention and control of heavy metal pollution in the water-level fluctuation zone of the Three Gorges Reservoir Area.

关键词

Keywords

references

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