中国北部湾西部亚热带河口沉积物中的多环芳烃（PAHs）：分布、来源归因及生态风险评估

PAHs在广西北海湾西部表层沉积物中呈低至中度污染，空间分布受河流输入和海岸开发影响显著，以3环（60.35%）和4环（17.84%）化合物为主。来源解析表明煤/生物质燃烧占主导（38.2%+29.5%），石油输入次之（22.3%）。生态风险评估显示总PAHs浓度均低于效应范围低值（ERL），TEQBaP平均0.991 ng·g?1，RQΣPAHs均<10，属低风险，但工业港湾高环PAHs潜在生物累积需关注。

　　
广西北海海湾多环芳烃（PAHs）污染特征与生态风险研究

一、研究背景与意义
广西北海海湾作为中国西南地区重要的海洋经济通道，其生态安全不仅关系到区域可持续发展，更是维护南海生态平衡的关键节点。该海湾集多种污染源于一体：上游流域涉及农业、工业及生活污水排放；近岸区域分布港口、石化企业及船舶运输密集区；大气沉降带来的陆源污染物亦构成重要输入途径。多环芳烃作为持久性有机污染物，其复杂的污染源贡献与生态风险机制亟待系统解析。

二、污染现状特征
1. 污染水平评估
研究采集18个站位表层沉积物样本，检测16种PAHs化合物。总浓度范围27.65-94.96 ng/g，平均61.67 ng/g，处于低至中等污染水平。空间分布呈现显著异质性，近岸工业区（BX02站位）浓度达94.96 ng/g，而远离陆源的河口外区（BX15站位）仅27.65 ng/g，梯度差异达3.4倍。

2. 化学组成特征
环状结构分布显示：3环化合物占比60.35%（Nap、Flu、Phe等典型低毒组分），4环占17.84%（BaA、BghiP等中等毒性组分），5-6环合计21.81%（DahA、InP等高毒性组分）。相较于香港西海湾（158.83 ng/g）、深圳大铲湾（299-2336 ng/g）等工业密集区，本研究区域污染负荷显著较低。但与雷州湾（4.63-28.66 ng/g）等农业主导型海湾相比，存在更高的工业活动相关PAHs特征。

三、污染来源解析
1. 源解析方法体系
整合诊断比值法（DRI）与主成分分析（PCA），结合正矩阵因子分解（PMF）定量解析。DRI通过Fla/(Fla+Pyr)、Ant/(Ant+Phe)等特征比值识别污染源：Fla/Pyr比值0.3-0.5（燃烧源）与0.1以下（石油源）形成有效区分；Ant/Phe<0.1进一步支持煤燃烧主导。PCA提取的4个主成分可解释78.01%数据方差，PC1（41.04%方差贡献）表征煤-石油混合燃烧源，PC2（13.83%）揭示生物质燃烧特征，PC3（13.19%）显示石油泄漏叠加工业燃烧的复合来源。

2. 定量源解析结果
PMF模型确定四大污染源贡献率：煤燃烧38.2%、生物质燃烧29.5%、石油源22.3%、混合源10%。其中：
- 煤燃烧源主要关联港口工业锅炉（如BX02站位附近）及居民燃煤取暖
- 生物质燃烧源源自上游流域农业秸秆焚烧（如 BX05 站位）
- 石油源贡献主要来自Fangcheng港油轮泄漏（占22.3%）及近海石油开采活动
- 混合源反映工业排放与交通污染的叠加效应

四、生态风险评价
1. 风险评估体系
采用多维度风险评价框架：
- 效应范围低（ERL）阈值法：参照美国国家海洋大气管理局（NOAA）标准，所有PAHs浓度均低于ERL阈值（BaP:430 ng/g）
- 毒性当量（TEQ）法：以BaP为基准，平均TEQ 0.991 ng/g，显著低于雷州港（12.08 ng/g）
- 风险商（RQ）法：ΣPAHs RQ均<10，属于低风险等级

2. 空间风险异质性
高风险区（RQ>1）集中在港口附近（BX02、BX08），受煤燃烧（38.2%）与石油泄漏（22.3%）叠加影响，其中4环PAHs（如Fla、BaA）贡献率达35%。低风险区（RQ<0.1）分布于外海（BX15、BX18），以3环PAHs（如Phe、Ant）为主（占比>65%），反映农业燃烧特征。

3. 特殊风险关注点
- 高环PAHs（5-6环）在工业三角洲的累积风险：尽管总TEQ达标，但BaA、InP等高环组分在局部站位占比达21.8%，存在生物富集风险
- 生物放大效应：近岸区底栖生物（如纹缟石夷）对BaP的吸附富集系数达3.2-5.7倍
- 时序变化特征：雨季（6-8月）河流输入量增加致PAHs浓度波动达±18.6%，但研究仅采冬样，未来需建立多季节监测体系

五、对比研究分析
1. 与典型海湾对比
- 毒性当量：本研究区域（0.991 ng/g）显著低于深圳大铲湾（平均23.4 ng/g），但高于雷州湾（1.87 ng/g）
- 源贡献差异：深圳湾石油源占比达54.3%，而本研究区域仅22.3%，反映不同开发强度下的污染特征
- 环境容量：基于ERL阈值计算，本研究区域PAHs背景值可达430 ng/g，当前污染强度仅为容许值的14.3%

2. 污染过程机制
- 河流输入主导：上游流域贡献PAHs的65%-78%（根据DRI与PMF模型）
- 生物地球化学循环：有机质含量1.2%的沉积物，PAHs有效态（EPA可生物利用态）占比达32%-45%
- 物理运移限制：湾内潮汐混合强度（0.3 m/s流速）是深圳大铲湾（0.1 m/s）的3倍，促进PAHs扩散稀释

六、管理对策建议
1. 源控制优先级
- 工业减排：港口区煤燃烧设施改造（建议置换率≥40%）
- 农业面源治理：建立秸秆资源化利用体系（覆盖上游5个主要流域）
- 交通污染管控：实施港口油污泄漏应急响应机制（响应时间<2小时）

2. 空间防控策略
- 高风险区（RQ>1.5）实施：
* 建立PAHs污染监测预警系统（布设密度≥3站/km2）
* 推行近岸船舶低硫燃料（硫含量<0.5%）强制标准
- 中低风险区（RQ<0.5）：
* 完善 mangrove湿地生态屏障（修复率目标≥60%）
* 建立大气-水体联防联控机制（PM2.5与PAHs浓度相关系数r=0.68）

3. 监测体系优化
- 增设雨季（6-8月）与旱季（12-2月）双周期采样点（建议密度提升至4站/km2）
- 开发PAHs污染指纹图谱数据库（涵盖16种PAHs的32种特征参数）
- 引入原位生物毒性测试（如多毛类急性毒性测试）验证模型预测精度

七、研究创新与展望
本研究首次建立针对亚热带海湾的PAHs污染诊断框架，突破传统单因子评估局限。创新点包括：
1. 开发适用于有机碳含量<2.5%沉积物的风险阈值修正模型
2. 揭示潮汐混合强度（流速>0.3 m/s）对PAHs扩散的关键调控作用
3. 提出"源-汇"协同控制理论（如港口区"燃料替换+湿地净化"组合措施）

未来研究应着重：
- 建立PAHs生物有效性动态监测系统
- 开发基于机器学习的多源数据融合解析模型
- 研究沉积物-生物膜界面PAHs转化机制