《Journal of Hazardous Materials》：Using Atlantic haddock (
Melanogrammus aeglefinus) as bioindicators in sea disposal mining impacted fjords
编辑推荐：
本研究针对海洋采矿尾矿倾倒这一争议性问题，以挪威Repparfjorden历史尾矿沉积区为研究对象，通过对比受污染峡湾与参照峡湾生物样本中多种元素浓度，发现大西洋黑线鳕能有效反映采矿尾矿排放对海洋生态系统的长期影响。研究证实黑线鳕肝脏和肌肉中铅、铬、镍等重金属浓度呈现显著空间梯度特征，其作为生物指示剂的敏感性优于鳕鱼和大西洋大比目鱼。该成果为峡湾生态系统重金属污染监测提供了新方法，对沿海环境管理具有重要政策意义。
在北极圈内的挪威峡湾，一场持续了近半个世纪的生态危机正在悄然发酵。1972年至1978年间，Repparfjorden峡湾成为了铜矿开采尾矿的海底倾倒场，约100万立方米的采矿废料被直接排入这片敏感海域。更令人担忧的是，随着绿色产业对关键矿物需求的激增，这家名为Nussir ASA的矿业公司近期获准重启采矿作业，计划每年向峡湾倾倒200万吨尾矿，规模达到历史排放量的十倍之多。这种被称为海底尾矿处置（STD）的做法，是目前全球仅少数国家仍允许的海洋污染行为，其对海洋生态系统和海鲜安全的潜在威胁已成为国际争议焦点。
面对这一严峻挑战，由挪威海洋研究所Tanja K?gel和Michael S. Bank领衔的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表了创新性研究成果。研究人员选择了一个独特的角度：既然采矿尾矿中富含铜、铁、铬、镍、铅等重金属元素，那么能否通过监测当地海洋生物体内的元素浓度，来评估历史尾矿排放的长期生态影响？更重要的是，能否找到最有效的"生物指示剂"物种，为未来大规模尾矿排放的生态监测提供科学依据？
研究团队设计了一个巧妙的对比实验：在曾接受尾矿倾倒的Repparfjorden峡湾设置两个采样点（中部和内部站点），同时在20公里外、地质条件相似但无尾矿排放历史的Revsbotn峡湾设立参照点。2016年和2017年9月，研究人员采用刺网捕捞和潮间带采集的方式，系统收集了大西洋大比目鱼、大西洋黑线鳕、大西洋鳕和蓝贻贝等四种常见海产，并分别分析了其肌肉和肝脏组织中的14种元素浓度。
关键技术方法包括：采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）进行多元素分析；运用Kruskal-Wallis非参数检验进行统计学差异分析；利用k-means聚类机器学习算法验证元素分布模式；建立尾矿影响模式（SI模式）评估空间分布规律；参照挪威PROREF系统进行生态风险评价。
3.1 元素浓度有效性分析
研究发现，在黑线鳕肝脏样本中，所有5种与采矿尾矿密切相关的元素（铅、铬、铜、铁、镍）的检测率均超过50%，而其他物种中仅铜和铁达到这一标准。这表明黑线鳕对尾矿相关元素的富集能力最强，具备作为生物指示剂的先天优势。
3.2 体型差异与数据校正
为避免个体大小对元素富集的影响，研究人员将黑线鳕的分析样本限定于33-60厘米的个体，确保各采样点间的体长无显著差异。这种严谨的数据处理方式保证了后续比较研究可靠性。
3.3 元素分布模式与STD影响规律
最令人瞩目的发现是，黑线鳕体内11种元素（银、砷、铬、铜、铁、锰、钼、镍、铅、硒、锌）呈现出清晰的STD影响模式：参照峡湾≤中部站点≤内部站点。特别是在黑线鳕肝脏中，内部站点的铅浓度达到参照点的3.8倍，铬和镍分别达到3.9倍和2.25倍。这种空间梯度分布强烈暗示了尾矿排放与元素富集之间的因果关系。
机器学习分析进一步验证了这一发现。k-means聚类算法将77%的黑线鳕肝脏样本正确分类为"受影响"（Repparfjorden站点）和"未受影响"（Revsbotn站点）两类，调整兰德指数（ARI）达到0.245，明显优于鳕鱼（0.036）和大比目鱼（-0.024）。
3.3.2 铬、铅和镍动态与STD影响模式
铅、铬、镍这三种高毒性元素在黑线鳕组织中表现出最显著的空间梯度。内部站点的铅浓度在肌肉和肝脏中分别达到参照点的2.45倍和3.80倍，铬浓度分别达到3.6倍和3.91倍。值得注意的是，尽管黑线鳕肝脏中镍的平均浓度（0.54 μg/kg）仍处于较低水平，但其空间分布模式与尾矿影响高度一致。
3.3.3 铜和铁动态与STD影响模式
作为采矿活动的主要目标元素，铜在黑线鳕肝脏中的浓度梯度尤为明显（内部站点为参照点的1.95倍）。铁在肌肉和肝脏中也呈现类似模式，内部站点浓度分别达到参照点的1.56倍和1.92倍。这两种元素的分布特征进一步印证了尾矿排放对海洋生物的元素富集效应。
3.3.7 与参照浓度的对比分析
与挪威海洋黑线鳕基线数据相比，Repparfjorden站点黑线鳕肝脏中的铬、镍、铅浓度普遍偏高。特别值得关注的是，根据基于鳕鱼的PROREF评价系统，铅浓度已超过关注阈值10倍以上，铬和镍也达到2-10倍关注水平。尽管所有元素浓度均未超过欧盟食品安全限值，但铅的神经毒性特征（欧洲食品安全局未能设定安全摄入限值）仍需引起重视。
研究结论明确指出，大西洋黑线鳕是监测海洋尾矿处置影响的理想生物指示剂。其底栖摄食习性、对重金属的高敏感性以及广泛分布特性，使其能够有效反映峡湾生态系统的污染状况。研究发现，尽管历史尾矿排放已过去47年，但其对海洋生物的元素富集影响依然显著，这种"遗产效应"为评估未来大规模尾矿排放的生态风险提供了重要参照。
该研究的政策意义尤为突出：随着深海采矿活动的增加，开发有效的生物监测指标已成为当务之急。黑线鳕作为生物指示剂的应用，不仅有助于评估历史污染影响，更能为未来沿海环境管理提供科学依据，特别是在保护土著社区权益、维护海鲜安全和生态系统健康方面具有重要价值。研究人员强调，器官特异性采样（肝脏反映近期暴露，肌肉反映长期累积）对理解污染动态至关重要，这一方法学创新为海洋污染监测提供了新思路。
