守护生命之源的隐形密码：地下水化学组分与水质～感谢《地球》刊载

湖上明月

地下水化学组分、质量与健康：守护生命之源的隐形密码

水是生命之源，地下水以其分布的普遍性、质量的优良性和丰枯年际之间的可调节性及供水可保证性，在人类生存和发展中扮演者不可或缺的重要角色，其化学组分构成及由此而来的质量，直接关系着人的健康。原生的地质环境和人类活动的影响决定着一个地区地下水化学组分、质量及其变化。

地下水化学组成：天然矿物质与人类活动的印记

水是良好的溶剂，地下水是复杂的溶液。地下水中有多少种化学物质似无定论，组成地壳的87中元素已在地下水中发现70余种。地下水化学组分是长年累月水-岩相互作用叠加人类活动影响的结果，也是大气降水、地表水渗入地下过程中、进入地下水系统之后的履历。这些组分按化学性质可分为无机组分、有机组分、气体和微生物。

地下水中无机化学成分丰富多样 ，宏量组分包括Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等，含量多大于10mg/L，占天然水中离子总量的95%-99%。微量组分含量通常在0.01-10.0mg/L之间，一般小于1mg/L，常见有As、Br、I、Sr等；虽含量相对较少，但却赋予地下水特殊性质和功能，如含锶矿泉水则具有一定保健功效,而砷含量超标则会对人体健康造成严重危害。

地下水中有机物主要由C、H、O组成，同时含有少量N、P、S、K、Ca等其他元素。其来源是水从土壤、泥炭和其它包含有植物遗体的各种形成物中淋溶出来的物质，如腐殖质等，或是随生活、医院和农牧业污水等下渗到地下水中。一些有机污染物还具有生物累积性和持久性，难以降解，会在地下水中长期存在，对地下水环境造成潜在威胁。

地下水中常见溶解气体有O2、CO2、CH4、N2、H2以及Ar、Kr、He等，主要来源于大气以及岩层中的生物化学作用，对地下水化学性质、地质作用以及生态环境都有着重要影响。

地下水中微生物组分主要包括细菌、真菌、藻类等，对地下水化学组分转化和循环具有重要调控作用，与地下水质量和生态功能密切相关。

水质：关键指标的健康警示

地下水水质是地下水物理、化学和生物性质的总称。水质评价所选择的指标按照《地下水质量标准》（GB/T 14848），包括常规性和非常规性指标，这些指标从含量上说既有宏量组分，也有微量组分；从化学性质上说，既有无机、有机物质组分，也有气体和微生物。常规指标反映地下水水质基本状况的指标，包括感官性状及一般化学指标、微生物指标、常见毒理学指标和放射性指标；非常规指标是根据地区和时间差异或特殊情况确定的指标，反映地下水中所产生的主要水质问题。

依据我国地下水水质状况和人体健康风险,参照生活饮用水和工业、农业等用水水质要求,依据各组分含量高低（pH除外）分为五类。I类:地下水化学组分含量低，适用于各种用途；II类:含量较低，适用于各种用途；III类:含量中等，以生活饮用水卫生标准为依据主要适用于集中式生活饮用水水源及工农业用水；IV类:含量较高，以农业和工业用水质量要求以及一定水平的人体健康风险为依据，适用于农业和部分工业用水，适当处理后可作生活饮用水；V类:含量高,不宜作生活饮用水。仅就适宜人类饮用功能而言，I-III类地下水适合，IV类地下水需要处理后饮用，V类地下水不宜饮用。

《地下水质量标准》制修订30余年来，参与评价的指标由39项增至153项，这种增加反映出随着经济社会发展，人类活动对地下水水质的影响不断加大，包括人类合成物质进入地下水，如微塑料，还有人类活动改变水文地质条件进而影响化学物质进入地下水的过程以及地下水中化学反应等。另一方面，也反映出我们对地下水水质的重视，大力提升了化学分析检测技术和检测仪器性能，更多的化学物质、含量更少的化学物质可以被检测，其与人类健康关系的医学研究和确证的因果关系正在深入开展。

关于健康饮水的探索

有研究表明，人类健康水平的提高和寿命的增加，得益于两大关键进步，一是能够获取清洁卫生的饮用水，二是免疫疫苗的助力。在人类文明的进程中，人类从逐河溪而居的被动，到掌握开发利用地下水后迁徙度增加的主动，地下水扮演了重要角色。在发明和利用对饮用水源进行消毒处理技术以前，大部分地区地下水以其水质好、不易污染而在安全供水中优于水质、水量相对保障程度低的地表水。即使在水处理技术空前发达的今天，地下水也以其富含人体必须的矿物质而具有不可替代的饮用价值。

人类在走过漫长的解渴而饮的生存饮水之后，进入持续改进的避免疾病的生活饮水，现在逐渐趋向于促进健康的生态饮水阶段。在第一阶段，我们直观看到的是清澈透明的水，感受到水的嗅和味，有的水有臭味或鱼腥味（含有H2S或有机质），咸味（NaCl）、苦味（MgCl2）、涩味（MgSO4）、铁锈味（Fe2O3），而有的水有甘冽之感（Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2、CO2），人们跟着感觉走而取舍。在第二阶段，我们发现一些疾病的地域性分布，后来研究确定与长期饮用某种水有关，如与高氟地下水有关的饮水型氟中毒、与高砷地下水有关的饮水型砷中毒、与低碘地下水有关的大脖子病等，后来又发现长期饮用低氟地下水、高碘地下水也对身体有害，于是在确定安全含量上限的同时，进一步探索一些元素的适宜含量区间。另一方面，我们也发现地下水中一些特殊的元素有益于健康，如锶具有强壮骨骼、防治心血管疾病之功效，偏硅酸对主动脉硬化具有软化作用，对心脏病、高血压等均有一定医疗保健作用，但限于经济发展水平和认识水平，开发利用有限。在以第二阶段为基础而提升的第三阶段，对饮水的追求趋向三极，一是纯净水，二是矿泉水，三是集中或分散供水的自来水。按照国家相关规范供应的自来水符合饮用水卫生标准，且是最经济方便的来源。对于纯净水的利弊，各方尚在争论之中。而对于天然矿泉水对健康的益处，已经得到并将更加受到重视和追捧。

品种多样的饮用天然矿泉水

天然矿泉水品种多样，作用于人体的部位或器官也不同，其益处有些具有普适性，有些具有靶向性，我们可以综合考虑个体差异，如年龄、性别、身体状况等因素对矿泉水摄入与健康关系的影响等科学选用。

根据《食品安全国家标准 饮用天然矿泉水》（GB 8537-2018），饮用天然矿泉水是指从地下深处自然涌出的或经钻井采集的，含有一定量的矿物质、微量元素或其他成分，在一定区域未受污染并采取预防措施避免污染的水。在通常情况下，其化学成分、流量、水温等动态指标在天然周期波动范围内相对稳定。这一定义明确了矿泉水的来源、成分特征以及稳定性要求，使其区别于其他类型的饮用水。

矿泉水分类一般依据矿物质成分的差异，可分为偏硅酸型、锶型、锌型、锂型、硒型矿泉水等。根据科学研究表明，锂型矿泉水中（锂含量≥0.2mg/L）“锂”元素属于情绪元素，可提高人体免疫机能；对于促进人体镇静、安神以及控制神经紊乱、调节中枢神经都具有重要作用。锌型矿泉水（锌含量≥0.2mg/L）中的“锌”不仅在核酸代谢、细胞复制、免疫活性、组织修复和生长方面起重要作用，同时在促进生长发育、生殖遗传、免疫、骨骼代谢等生理过程中同样起着极其重要的作用。硒型矿泉水（硒含量≥0.1mg/L）中的“硒”可以在一定程度上清除自由基、改善人体血液循环，具有延缓衰老、促进新陈代谢的功效。

水文地质工作者常说：“读懂地下水的化学语言，就是解读人类可持续发展的密码。”地下水化学组分如同大地的血液检测报告，既记载着地球演化的奥秘，也警示着人类活动的边界。通过科学认知水质特征、严格执行质量标准、建立风险防控体系，我们才能守护好这份埋藏在地下的生命馈赠。