自然因素和人为活动对东海沉积物中重金属分布的影响

《Frontiers in Marine Science》：Natural and anthropogenic controls on heavy metal distribution in East China Sea sediments

2023年8月对东海大陆架表层及核心沉积物进行采样分析，检测Cr、Cu、Zn、Pb、Hg、As、Cd浓度。结果显示空间分布与沉积物粒度和有机质含量显著相关，西部近岸和东北部含量较高，中南部较低且均匀。核心沉积物与表层分布相似，Hg和As呈现垂直变化，Hg在北部样本中浓度更高。研究表明，自然沉积物粒度和有机质是主要控制因素，但Hg、Cd、Pb、As受人为活动影响。尽管整体污染程度较低，但现代沉积过程和人为输入共同塑造了重金属分布模式，为评估区域沉积过程和环境质量提供了依据。

　　研究海洋沉积物中重金属的分布及其来源，对于评估环境质量和沉积过程至关重要。以中国东海（ECS）大陆架为例，其受到多种陆地和海洋输入的影响，是研究沙质沉积物中重金属行为的重要区域。2023年8月，研究团队在东海大陆架上采集了表层和柱状沉积物样品，分析了沉积物粒度组成、有机质含量以及重金属浓度（Cr、Cu、Zn、Pb、Hg、As、Cd），以确定其空间分布、控制因素及环境意义。表层沉积物中Cr、Cu、Zn、Pb、Hg、As和Cd的平均浓度分别为51.85、16.95、66.93、21.32、0.025、5.58和0.083 mg/kg。结果显示，Cr、Cu、Zn、Pb、Hg和Cd的浓度在东海西部近岸和东北部区域较高，而在中部和南部区域则较低且分布较为均匀。柱状沉积物的重金属浓度范围与表层样品相似，表明这些区域的沉积物具有相似的地球化学特征。

沉积物的粒度和有机质含量是控制重金属分布的主要因素。统计分析和富集系数表明，大多数重金属来源于陆地碎屑物质，这些物质主要通过细粒成分携带并沉积在沙质沉积物中。然而，Hg、Cd、Pb和As的分布则显示出人为影响的迹象。垂直分布上，Cr、Cu、Zn、Pb和Cd未表现出显著的变化趋势，而Hg则显示出明显的波动，As则在北部沉积物中高于南部。这表明，不同区域的沉积物中重金属的富集程度和变化模式受到自然和现代过程的共同影响。研究结果还指出，尽管东海沙质沉积物总体上仍保持相对清洁，但沉积物再循环和现代沉积过程已经重新分布了部分重金属，特别是那些受人为活动影响的元素。

研究进一步揭示了自然粒度控制与人为输入在塑造重金属分布模式中的共同作用。自然过程如海流和沉积物搬运对重金属的沉积和再分配具有重要影响，而现代人类活动如工业排放和城市化则在局部区域对某些重金属的富集产生了显著作用。这些发现有助于理解区域沉积过程和环境质量，为制定有效的管理和污染控制策略提供了科学依据。

此外，研究还强调了沉积物粒度对重金属分布的控制作用。在近岸区域，由于粒度较细，重金属更容易被吸附和富集。而在远离海岸的沙质沉积物中，重金属的浓度迅速下降。这一现象与之前的研究结果一致，表明粒度是影响重金属分布的重要因素。研究还指出，现代人为活动对某些重金属如Hg、Cd、Pb和As的输入是不可忽视的，这些元素的分布模式显示出与自然来源不同的特征。

研究中提到，虽然研究主要关注沙质沉积物，但这些区域的重金属分布仍然受到沉积物粒度和有机质含量的显著影响。通过分析沉积物的粒度分布和重金属浓度，可以发现沙质沉积物的粒度较粗，而有机质含量较低，这导致重金属的吸附和保留能力较弱。因此，沙质沉积物中的重金属浓度普遍较低，而近岸区域由于有机质含量较高，重金属的富集程度也相应增加。

为了更全面地理解重金属的来源和分布，研究还采用了因子分析方法。通过Kaiser-Meyer-Olkin（KMO）统计和Bartlett球形检验，可以确定数据是否适合进行因子分析。KMO值为0.742，表明数据具有一定的适配性，但仍需谨慎解释。Bartlett检验的p值为0.004，低于显著性水平0.05，表明变量之间的相关性显著，适合进行因子分析。通过因子分析，可以识别出不同重金属的来源，如自然来源和人为来源。结果显示，大部分重金属来源于陆地碎屑物质，而Hg、Cd、Pb和As则显示出人为活动的影响。

研究还指出，尽管现代人为活动对某些重金属的输入具有显著影响，但整体上对东海大陆架的影响相对有限。这主要是由于台湾暖流（TWC）在长江入海口对陆源碎屑物质的阻挡作用，使得这些物质主要沉积在近岸和内陆架区域，而较少到达外大陆架。因此，外大陆架的重金属浓度普遍较低，显示出相对清洁的特征。此外，研究还强调了沉积物粒度和有机质含量对重金属分布的控制作用，这些因素在不同区域的沉积物中表现出显著的差异。

研究通过分析表层和柱状沉积物的重金属分布，揭示了不同区域的沉积过程和环境影响。表层沉积物中的重金属浓度较高，而柱状沉积物的重金属浓度则相对较低，显示出沉积物再循环和现代沉积过程对重金属分布的显著影响。同时，研究还指出，这些重金属的分布模式与沉积物的粒度和有机质含量密切相关，进一步支持了“粒度控制”假说。

通过比较不同区域的重金属浓度，可以发现东海沙质沉积物中的重金属浓度普遍较低，而近岸区域的重金属浓度较高。这表明，近岸区域的沉积物受到更多的陆源输入和人为活动的影响。此外，研究还指出，柱状沉积物中的重金属浓度变化与沉积物的粒度和有机质含量密切相关，显示出沉积物再循环和现代沉积过程对重金属分布的显著影响。

研究还强调了现代人为活动对重金属分布的影响。例如，工业排放和城市化导致了某些重金属如Hg、Cd、Pb和As的浓度增加。这些重金属的分布模式显示出与自然来源不同的特征，表明现代人类活动在这些区域的重金属输入中起到了重要作用。研究还指出，尽管现代人为活动对某些重金属的影响显著，但整体上对东海大陆架的影响仍然有限，这主要是由于海流和沉积物搬运的限制。

通过综合分析，研究认为，东海沙质沉积物中的重金属浓度普遍较低，显示出相对清洁的特征。然而，沉积物再循环和现代沉积过程已经重新分布了部分重金属，特别是那些受人为活动影响的元素。这表明，尽管自然过程在重金属分布中起主导作用，但现代人为活动对某些重金属的输入仍然不可忽视。研究还指出，这些重金属的分布模式与沉积物的粒度和有机质含量密切相关，进一步支持了“粒度控制”假说。

综上所述，研究通过分析东海大陆架的重金属分布，揭示了自然和人为因素在塑造重金属分布模式中的共同作用。这些发现有助于理解区域沉积过程和环境质量，为制定有效的管理和污染控制策略提供了科学依据。同时，研究还强调了沙质沉积物在海洋环境中的重要作用，特别是在重金属分布和再循环方面。这些发现不仅加深了我们对重金属行为的理解，也为未来研究提供了新的视角和方向。