汞-硒季节性互作特征揭示海星对胶州湾甲基汞污染的生态指示作用

本研究针对胶州湾（JZB）这一甲基汞（MeHg）污染热点区域，通过分析北太平洋海星（NPS）体内汞（Hg）、硒（Se）的季节性变化规律及其与碳源（δ13C）、营养级（δ15N）的关联，首次揭示Se通过摩尔比（Se:Hg）和健康效益值（HBVSe

　　

在东亚工业化进程加速的背景下，胶州湾作为黄海典型的半封闭海湾，正面临日益严重的汞污染威胁。沉积物数据显示，该区域汞含量在60年间激增67%，而底栖生物对甲基汞的季节性积累规律及其生态效应仍是未解之谜。更值得注意的是，硒作为汞的天然拮抗剂，其在低营养级生物中的保护机制尚未明晰。这一科学盲区直接影响到对污染海域生态风险的准确评估，尤其当北太平洋海星（Asterias amurensis）这类关键底栖物种频繁爆发时，其作为污染物载体和生态指示器的双重角色亟待解析。

中央高校基本科研业务费专项资金支持的研究团队通过三年系统性研究，首次绘制出胶州湾海星体内汞硒互作的季节性图谱。研究发现，甲基汞（MeHg）和总汞（THg）浓度在夏秋季显著高于春季，而硒（Se）则呈现相反趋势。与威海海驴岛和烟台长岛等开放海域相比，胶州湾海星的MeHg含量高出32%，但Se水平降低21%。通过稳定同位素分析揭示：δ¹³C（反映碳源）与MeHg:THg比值、Se浓度呈正相关，而δ¹⁵N（指示营养级）与这些参数负相关。两项健康风险评估指标——Se:Hg摩尔比和Se健康效益值（HBV_Se）均证实，所有海星体内硒均以摩尔过量形式存在，能有效抵消汞毒性。该成果发表于《Environmental Pollution》，为污染热点区域的生态管理提供了理论依据。

研究采用三大关键技术：1）跨年度季节性采样（2021-2023年采集161份海星样本）；2）稳定同位素质谱分析（测定δ¹³C和δ¹⁵N）；3）冷原子荧光光谱法（检测MeHg、THg和Se含量）。通过对比胶州湾与开放海域数据，结合多元统计分析，系统解析了生物地球化学因子的交互作用。

【季节性变化规律】
夏秋季海星软组织MeHg均值达52.41 ng/g，较春季（36.52 ng/g）显著升高。THg同步呈现夏秋季88 ng/g vs 春季60 ng/g的差异模式，而Se浓度在夏季达最低值（1.21 μg/g）。这种"汞升硒降"的季节性特征暗示温度驱动的甲基化过程增强与Se代谢消耗的关联。

【空间分布特征】
胶州湾海星MeHg含量（53.53 ng/g）显著高于威海（38.12 ng/g）和烟台（41.07 ng/g）种群，但THg水平介于两地之间。Se的地理差异更显著，开放海域样本含量超胶州湾25%，反映陆源输入对微量元素平衡的扰动。

【生态驱动机制】
δ¹³C每增加1‰，MeHg:THg比值提升7.3%，表明受陆源有机质影响较小的个体甲基化效率更高。δ¹⁵N与HBV_Se负相关（r=-0.48），证实低营养级生物更依赖Se的解毒保护。体重＜200g的个体Se:Hg摩尔比达4.7:1，显著高于大型个体（3.2:1）。

【健康风险评估】
所有样本Se:Hg摩尔比＞1（均值3.9:1），HBV_Se均为正值（范围12.4-58.6），说明硒的生理效益持续占优。特别值得注意的是，δ¹³C＞-18‰的个体HBV_Se提升29%，揭示海洋源性碳输入增强硒的生物可利用性。

该研究突破性地将海星确立为汞硒互作的生物指示器，其季节性积累模式为污染海域生态监测提供了时间维度标尺。发现低营养级生物更依赖硒保护的规律，修正了传统风险评估中"高营养级放大效应"的单一认知。对胶州湾这类受陆源输入显著影响的半封闭海湾，研究建议将Se:Hg摩尔比纳入常规监测指标，尤其关注夏秋季节甲基化高峰期的生态风险。未来需进一步解析沉积物-水界面汞甲基化动力学，以及硒形态转化对解毒效率的影响，这些发现对实施《水俣公约》的区域性污染防控具有重要指导价值。