在人为压力作用下，海洋沉积物中重金属的地球化学形态及其风险比较评估：以泰国湾内海域为例

《Regional Studies in Marine Science》：Geochemical speciation and comparative risk assessment of heavy metals in the marine sediments under anthropogenic pressure: A case study from the inner Gulf of Thailand

本研究对泰国湾内湾17个站位沉积物中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的地球化学形态及生态风险进行首次系统评估。总浓度显示重金属普遍较高，尤以河口区显著，主要来自河流输入。残渣态占比最大，生物有效性低。风险指数（Igeo、EF、RAC）显示Cd>Zn>Cr>Cu>Ni>Pb为优先风险金属，[ΣSEMs]–[AVS]法表明生态风险总体中等偏低，但河口区需重点监测。研究结果为滨海沉积物重金属污染管理提供依据。

　　本研究聚焦于泰国湾内湾区域（Inner Gulf of Thailand, GoT）的沉积物中重金属的分布与生态风险评估，旨在深入了解该地区在自然和人为因素共同作用下的重金属污染状况。通过对内湾区域不同季节的表层沉积物进行系统采样和分析，研究团队发现这些重金属在沉积物中的分布具有显著的空间和时间差异。此外，研究还揭示了这些重金属在沉积物中的化学形态特征，以及它们对生态环境可能带来的影响。研究结果不仅为该区域的重金属污染管理提供了科学依据，也为类似海域的环境监测和污染控制策略制定提供了参考。

### 重金属污染现状与研究背景

近年来，随着全球城市化进程的加快和工业活动的扩展，重金属污染已成为一个备受关注的环境问题。特别是在沿海和河口地区，由于人类活动密集，水体与沉积物之间的重金属交换过程尤为显著。重金属因其化学性质稳定、不易降解，容易在水体和沉积物中积累，进而对生态系统造成潜在威胁。这些重金属可以通过生物富集作用进入食物链，最终影响到整个海洋生态系统的健康。

在海洋环境中，沉积物作为重金属的最终归宿，其重要性不容忽视。沉积物能够通过吸附、离子交换、沉淀和络合等化学过程，将重金属从水体中去除。然而，沉积物中的重金属并非完全稳定，当环境条件发生变化时，例如盐度、氧化还原电位、pH值、硫化物浓度或有机质含量的波动，沉积物中原本被束缚的重金属可能重新释放到水体中，进而对水生生物和周边生态系统构成风险。因此，了解沉积物中重金属的分布形态及其对生态环境的影响，对于评估重金属污染的潜在危害至关重要。

### 重金属的分布特征与来源分析

研究团队在内湾区域选取了17个采样点，沿三条不同断面进行采样，覆盖了河口区、中央区和外海区。采样工作分别在雨季（2022年11月）和旱季（2023年5月）进行，以评估季节变化对重金属分布的影响。通过分析采样点的表层沉积物，研究人员发现重金属的总浓度在不同区域和季节间存在显著差异。其中，河口区的重金属浓度普遍较高，表明河流是重金属输入的主要来源。

河流携带的重金属主要来源于工业废水、农业径流以及城市生活污水的排放。此外，河流流域内的岩石风化和土壤侵蚀也会将重金属带入水体，最终沉积在河口附近的沉积物中。这些重金属在沉积物中的积累不仅反映了人类活动的强度，也揭示了自然过程对重金属分布的调控作用。值得注意的是，尽管铅（Pb）的浓度在沉积物中较高，但其他重金属（如砷、镉、铬、铜、镍和锌）主要以残余态存在，这表明它们的生物可利用性较低，可能对生态系统的影响相对较小。

### 重金属的化学形态与生态风险评估

为了更准确地评估重金属对生态环境的潜在影响，研究团队采用了多种沉积物质量评估方法，包括重金属的地理化学形态分析（I_geo）、富集因子（EF）以及生态风险指数（RAC）。这些方法能够帮助研究人员识别出对环境风险具有更高贡献的重金属。结果显示，镉（Cd）的生态风险最高，其次是锌（Zn）、铬（Cr）、铜（Cu）、砷（As）、镍（Ni）和铅（Pb）。这种排序反映了不同重金属在沉积物中的迁移能力和生物可利用性，从而影响其对生态环境的潜在危害。

此外，研究还关注了酸挥发性硫化物（AVS）和同时提取金属（SEMs）的含量，以进一步评估重金属的生物可利用性。AVS是指沉积物中在酸性条件下能够释放出的硫化物，而SEMs则代表在相同条件下被提取出的重金属。通过比较SEMs与AVS的摩尔浓度差，研究人员可以判断重金属是否具有较高的生物可利用性。如果差值为正，说明重金属的可利用性超过了硫化物的结合能力，从而可能对生态系统造成更大的威胁。反之，若差值为负，则表明硫化物能够有效结合重金属，降低其生物可利用性。

### 重金属污染的季节性变化与区域差异

研究团队发现，重金属的浓度在雨季和旱季之间存在显著差异。这种季节性变化可能与河流径流量、降雨模式以及沉积物的物理化学性质有关。例如，在雨季，由于河流流量增加，更多的重金属可能从上游流域被带入内湾区域，导致沉积物中重金属的浓度升高。而在旱季，河流流量减少，重金属的输入可能随之降低，但沉积物中的重金属仍可能通过其他途径持续积累。

区域差异同样显著，河口区的重金属浓度普遍高于中央区和外海区。这可能与河口区的水动力条件、沉积物来源以及人类活动的集中程度有关。河口区通常位于河流与海洋交汇处，水流速度较慢，有利于重金属的沉积和富集。此外，河口区往往受到更多的工业和农业活动影响，因此重金属污染的风险更高。相比之下，外海区的重金属浓度较低，这可能与其远离人类活动区域、水体交换更为频繁有关。

### 重金属污染的生态影响与管理建议

重金属污染对生态环境的影响是多方面的，不仅可能破坏沉积物的物理化学特性，还可能通过食物链传递，对水生生物和人类健康构成威胁。例如，镉（Cd）和砷（As）具有较强的毒性，即使在较低浓度下也可能对生物体造成伤害。此外，某些重金属（如铬和铅）还具有致癌性，长期暴露可能增加生物体患癌的风险。

基于上述分析，研究团队建议在重金属污染治理方面应采取综合措施。首先，应加强对河口区的监测和管理，因为该区域是重金属输入和富集的主要场所。其次，需要进一步研究重金属在沉积物中的迁移机制，以便更好地预测其对生态环境的潜在影响。此外，应推动对重金属污染源的控制，减少工业、农业和城市生活污水的排放，从源头上降低重金属污染的风险。

### 研究的创新点与未来展望

本研究是首次对内湾区域表层沉积物中的重金属进行系统性的化学形态分析和生态风险评估。通过综合运用多种评估方法，研究人员不仅揭示了重金属在沉积物中的分布特征，还进一步明确了其对生态环境的潜在危害。这种多维度的分析方法为今后类似研究提供了重要的参考，也为制定更加科学和有效的环境管理策略奠定了基础。

未来的研究可以进一步扩展至更广泛的区域，包括周边海域和更远的海洋环境，以评估重金属污染的范围和影响程度。此外，研究还可以结合长期监测数据，分析重金属污染的变化趋势，从而为环境政策的制定提供更加有力的支持。同时，随着技术的进步，可以引入更先进的分析手段，如高分辨率质谱和同位素分析，以更精确地识别重金属的来源和迁移路径。

总之，本研究通过对内湾区域表层沉积物中重金属的化学形态和生态风险进行系统分析，为理解该区域的重金属污染现状提供了重要依据。研究结果不仅有助于评估重金属污染的潜在危害，也为制定有效的环境管理措施提供了科学支持。未来的研究应继续关注重金属污染的动态变化及其对生态环境的长期影响，以实现对海洋生态系统更加全面和深入的保护。