山东半岛河-口-海连续体中痕量金属的粒径分异行为与生态风险机制研究

本研究针对山东半岛近岸水域痕量金属的迁移转化机制，采用压力超滤技术系统解析了Mn、Zn、Cu等金属在溶解相（TD）、胶体相（1 kDa-0.45 μm）和真溶解相（<1 kDa）的分布特征。发现Mn主要存在于胶体相（57%），而Fe、Cu等63%以上以<1 kDa形态存在；DOC（196.81-691.18 μmol L-1）的<1 kDa组分（48-99%）显著影响金属形态，Cu是主要污染贡献者（CF=0.74，占ERI的44%）。研究揭示了盐度梯度下金属的保守/非保守混合行为，为海岸带重金属污染防治提供了科学依据。

　　

海岸带作为陆海物质交换的关键界面，正面临日益加剧的重金属污染压力。山东半岛作为我国北方经济核心区，其近岸水域承受着黄河等多条河流输入的金属负荷，加之快速发展的水产养殖业，使得厘清痕量金属的迁移转化机制成为当务之急。传统研究多将水相简单划分为溶解态与颗粒态，却忽视了胶体相（1 kDa-0.45 μm）这一"灰色地带"对金属生物有效性的调控作用。更棘手的是，夏季藻华期水文条件的剧烈变化可能重塑金属的形态分布，但目前缺乏系统性研究。

来自中国科学院的研究团队在《Marine Environmental Research》发表最新成果，创新性地采用压力超滤技术，于2023年6月洪水期对山东半岛21个站点（含15个河口、2个海湾和4个港口）进行采样。通过分级分离TD（总溶解相）、胶体相和<1 kDa真溶解相，结合水文参数与DOC（溶解有机碳）测定，揭示了痕量金属的粒径分异规律及其环境驱动机制。

关键技术方法
研究采用新型压力超滤装置（相比传统离心法减少外部干扰），通过0.45 μm滤膜预过滤后，依次使用1 kDa超滤膜分级；利用ICP-MS测定Mn、Fe、Cu、Zn、Cd、Pb浓度；通过污染因子（CF）和生态风险指数（ERI）评估污染程度；结合盐度梯度分析金属的保守/非保守行为；采用统计方法解析DOC、营养盐与金属形态的关联性。

主要研究结果

1. 水文参数与DOC粒径特征
盐度呈现显著空间异质性（0.29-29.49 PSU），北部近岸受黄河淡水输入影响显著。DOC浓度跨度达196.81-691.18 μmol L^-1，其中<1 kDa组分占比48.49-99.15%，反映强烈人为活动干扰。

2. 金属分布模式与污染评估
溶解金属丰度排序为Mn（308.05 nmol L^-1）>Zn>Cu>Fe>Pb>Cd（0.54 nmol L^-1）。Mn的胶体相占比高达57%，而其他金属主要存在于<1 kDa相（>63%）。污染评估显示Cu是主要风险贡献者（平均CF=0.74，占ERI总值的44%），但整体生态风险较低（ERI<150）。

3. 盐度梯度下的行为分异
在0-30盐度范围内：

• TD相中Mn、Fe、Cu、Zn呈保守混合，但在15-25盐度带出现非保守添加；Cd、Pb则全程表现非保守增长
• 胶体相（1 kDa-0.45 μm）中Cd、Pb随盐度指数增长，而Mn、Fe、Cu、Zn浓度随盐度上升而下降
• <1 kDa相中Mn、Fe、Cu保持稳定，Zn、Pb无一致趋势，Cd行为类似胶体相

4. 环境因子调控机制
温度对多数金属有显著影响，而DO（溶解氧）和pH作用较弱。DOC通过有机配体调控金属形态，但<1 kDa DOC影响有限。特别发现：

• NO₂^?可能与Mn、Pb的反硝化作用相关
• NO₃^?促进金属消耗，NH₄⁺增强Cd螯合
• DIP（溶解无机磷）可能通过竞争吸附影响<1 kDa Fe、Cu、Pb

结论与意义
该研究首次系统揭示了山东半岛近岸痕量金属的粒径分异规律：Mn以胶体相为主导，其他金属则以<1 kDa真溶解相为主。创新性发现盐度15-25区间是金属行为转变的关键阈值，其中Cd、Pb的非保守增长需引起警惕。尽管当前生态风险较低，但Cu的突出贡献（占ERI近半）提示需重点关注水产养殖区的铜制剂使用。研究建立的"粒径-盐度-有机质"三维分析框架，为海岸带金属污染精准防控提供了新思路，尤其对藻华期金属生物有效性的预测具有重要实践价值。未来需结合多季节观测，进一步验证水文动态对金属形态的长期影响机制。