南海北部湾表层沉积物中的潜在有毒元素（PTEs）：时空变化、地球化学分异及生态风险评估

《Marine Environmental Research》：Potential toxic elements (PTEs) in the surface sediments of the Beibu Gulf, South China Sea: Spatiotemporal variation, geochemical fractionation and ecological risk assessment

北部湾海湾表层沉积物中潜在有毒元素（PTEs）的空间分布、季节变化及其生态风险分析，采用化学分馏结合形态风险评估方法，发现As、Cd、Zn等元素次生相比例与风险指数结果一致，Cd风险季节波动但持续高于中度风险，形态差异与水体动力条件相关，为区域污染治理提供新依据。

　　近年来，海洋沉积物中潜在有毒元素（PTEs）的污染问题日益突出，成为影响海洋生态环境和渔业资源的重要挑战。特别是位于南海西北部的北部湾，其独特的水文条件导致水动力较弱，污染物容易在此区域聚集，从而对当地生态系统构成威胁。为全面了解北部湾表层沉积物中PTEs的空间和时间分布特征，以及其对生态环境的风险，本研究开展了系统分析。通过这一研究，我们期望为解决北部湾的PTEs污染问题提供新的视角和依据。

PTEs主要来源于自然和人为活动，其在水体和沉积物中的存在对生态系统的健康和人类安全产生深远影响。这些元素具有高度的持久性，即使在低浓度下也可能表现出毒性，同时容易在食物链中积累。因此，PTEs的污染不仅影响海洋生物的生存，还可能通过食物链的传递最终危害人类健康。随着沿海城市人口的增长，人类活动的强度不断上升，这使得PTEs的排放量显著增加。例如，石油化工、航运、采矿、城市污水排放以及沿海城市扩张等行为，都对PTEs进入海洋环境造成压力。这些元素在进入海洋后，会与有机质和海底沉积物发生复杂的相互作用，进而对海洋生态系统造成不可逆的损害。

为了更准确地评估PTEs对生态环境的影响，研究者通常关注元素的生物可利用性和迁移性。这些特性在很大程度上取决于元素的化学形态以及环境的物理化学条件。例如，温度、降水、pH值和有机质含量等因素都会显著影响PTEs的生物可利用性。研究表明，较高的温度和降水会促进PTEs在沉积物中的迁移和释放，而pH值的变化则可能影响其在水体中的溶解度和生物可利用性。此外，PTEs与溶解有机质之间的相互作用也对其迁移和生物可利用性产生重要影响。因此，了解PTEs的化学形态及其在不同环境条件下的变化，是评估其潜在生态风险的关键。

在北部湾，由于其特殊的地理位置，季节性的洋流变化可能会将其他海域的污染物带入该区域，加剧环境污染的程度。这种现象使得PTEs在沉积物中的分布具有显著的时空变化特征。北部湾的水文条件和沉积物粒径分布对PTEs的迁移和富集具有重要影响，而这些因素又受到人类活动的直接调控。例如，交通运输、农业和水产养殖等活动都会对PTEs的生态风险产生影响。因此，研究北部湾沉积物中PTEs的时空变化及其形态特征，有助于更全面地理解其对生态环境的潜在威胁。

传统的PTEs污染评估方法通常依赖于一些指数，如地质累积指数、污染指数和潜在生态风险指数。这些方法主要关注PTEs的总量及其对生态环境的整体影响。然而，随着研究的深入，人们发现仅依靠总量评估并不能准确反映PTEs对生态环境的潜在风险。因此，研究者开始关注元素的化学形态及其迁移性。例如，改良的BCR方法被广泛用于预测元素的短期和长期迁移性，从而为评估PTEs在沉积物中的生物可利用性提供依据。本研究通过分析北部湾表层沉积物中PTEs的时空分布特征，结合其化学形态的变化，对PTEs污染程度进行了更全面的评估。

研究发现，As、Ni、Pb和Zn的化学形态在不同时间和空间上表现出显著的变化。这些元素的形态变化不仅影响其生物可利用性，还可能对生态系统的健康产生不同影响。例如，As、Cd和Zn的形态变化与风险评估代码（RAC）的评估结果一致，表明这些元素在沉积物中的分布和形态对其潜在生态风险具有重要影响。同时，RSP（二次与一次相的比例）评估结果也显示，Cd的风险水平与季节呈负相关，但在两个季节中，其风险水平均高于中等风险。这些结果表明，PTEs在北部湾沉积物中的毒性变化受到其形态差异的影响，从而为解决该区域的PTEs污染防治问题提供了新的思路。

此外，研究还发现，PTEs在不同时间点和空间区域的分布特征存在显著差异。例如，As、Cr、Hg、Ni、Pb和Zn的化学形态在春季和夏季表现出不同的变化趋势。其中，Cr、Hg、Ni、Pb和Zn在夏季的F2/F3比例（即第二与第三形态的比例）显著增加，表明这些元素在夏季的毒性更高。而在春季和夏季，As、Cd、Cu、Ni、Pb和Zn的F1形态（即第一形态）含量在T1（<35米）区域达到峰值，这可能与该区域的沉积物性质和水文条件有关。这些发现不仅有助于理解PTEs在北部湾沉积物中的分布规律，还为制定相应的环境保护措施提供了科学依据。

本研究还探讨了PTEs在沉积物中的形态差异及其对生态环境的影响。研究发现，不同形态的PTEs在沉积物中的迁移性和生物可利用性存在显著差异，而这些差异又受到多种环境因素的影响。例如，pH值的变化可能影响PTEs在沉积物中的溶解度和生物可利用性，而有机质含量的变化则可能影响其与沉积物的结合程度。这些因素共同作用，使得PTEs在不同时间和空间上的分布和形态特征呈现出复杂的变化模式。因此，全面理解这些变化机制对于评估PTEs的潜在生态风险具有重要意义。

在实际应用中，研究者可以通过分析PTEs的化学形态及其在沉积物中的分布特征，制定更为精准的污染防治策略。例如，针对Cd的高风险性，可以采取措施减少其在春季和夏季的排放量，从而降低其对生态环境的潜在威胁。同时，对于As、Cr、Hg、Ni、Pb和Zn等元素，可以通过调整沉积物的pH值和有机质含量，提高其生物可利用性，从而更好地预测其对生态环境的影响。这些方法不仅有助于保护北部湾的生态环境，还能够为其他类似海域的污染防治提供参考。

总之，北部湾表层沉积物中PTEs的污染问题是一个复杂而重要的研究课题。通过分析其时空分布特征和化学形态变化，我们能够更全面地了解PTEs对生态环境的潜在威胁，并为制定有效的污染防治措施提供科学依据。这些研究结果不仅有助于保护北部湾的生态环境和渔业资源，还能够为全球范围内的海洋环境保护提供新的思路和方法。未来，随着研究的深入和技术的进步，我们有望进一步优化PTEs的污染评估方法，提高其预测和防控能力，从而更好地保护海洋生态系统和人类健康。