《Marine Pollution Bulletin》：Transport of metals in surface estuary water, core sediment, roots and leaves of mangrove ecosystem in Bangladesh: Bioaccumulation and ecological risk assessment
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该研究在孟加拉国Shatkhira的Sundarbans红树林区分析重金属污染，采集9个站点河水、沉积物（1-30cm）及红树植物根系和叶片样本。结果显示海水主要受Fe（291μg/L）和Cu（35.40μg/L）污染，沉积物深层Fe（30,976mg/kg）和Zn（146.96mg/kg）富集显著。植物中Sonneratia apetala根系Pb最高（35.54mg/kg），Heritiera fomes叶片Cu含量突出（35.40mg/kg）。污染源经PCA和聚类分析确认为人为排放、水产养殖废水和化肥使用。生态风险指数显示低风险，植物根系对重金属富集能力优于叶片，具潜在修复价值。
奥伊尼莎·伊斯兰（Oinisha Islam）| 阿扎鲁尔·伊斯兰·帕拉什（Md. Azharul Islam Palash）| 穆尼娅·阿克特（Munia Akter）| 普里安卡·昆杜（Prianka Kundu）| 希尔皮·萨哈（Shilpi Saha）| 沙姆沙德·贝古姆·卡拉伊希（Shamshad Begum Quaraishi）| M. 莫扎马尔·霍森（M. Mozammal Hosen）| 肖希杜尔·拉赫曼·汗（Shahidur Rahman Khan）| 阿尼尔班·萨克尔（Anirban Sarker）| 徐云萍（Yunping Xu）| M. 费罗兹·汗（Md Firoz Khan）| M. 卡比尔·乌丁（Md Khabir Uddin）| 穆罕默德·阿卜杜勒·巴基（Mohammad Abdul Baki）
孟加拉国达卡贾格纳特大学（Jagannath University）动物学系，邮编1100
摘要
本研究在世界上最大的红树林——位于孟加拉国沙特基拉（Shatkhira）的红树林中进行，旨在评估河流海水、核心沉积物（深度1-30厘米）以及红树林植物组织（根和叶）中的重金属污染情况。样本采集于2022年1月退潮期间，共9个站点。研究显示，铁（Fe）（291 μg/L）和铜（Cu）（35.40 μg/L）是海水污染的主要来源，而镉（Cd）（1.34 μg/L）的污染程度最低。沉积物的垂直分布表明，在5-30厘米深度范围内，重金属（尤其是铁和锌）的富集程度显著增加（分别为30,976 mg/kg和146.96 mg/kg）。污染指数表明生态风险较低。在植物物种中，Sonneratia apetala的根部积累了最高水平的铅（Pb）（35.54 mg/kg）、镍（Ni）（13.53 mg/kg）、镉（Cd）（0.43 mg/kg）和铬（Cr）（15.70 mg/kg）；而Heritiera fomes、Excoecaria agallocha、S. apetala和Avicennia alba的叶片中铜（Cu）（35.40 mg/kg）、镉（Cd）（1.34 mg/kg）、锌（Zn）（19.64 mg/kg）和铁（Fe）（133 mg/kg）的浓度也较高。转移因子分析表明，这些金属在根部比在叶片中积累更多，表明红树林具有有效的生物稳定作用。通过主成分分析（PCA）和层次聚类分析（Hierarchical cluster analysis），确定污染的主要来源包括人为排放、水产养殖废水和化肥使用。
引言
红树林因其丰富的动植物、多样的野生动物以及美丽的溪流、河流和小径而吸引游客。此外，红树林在河口生态系统中发挥着重要的初级生产作用，是众多物种的栖息地（Friess等人，2020；MacFarlane等人，2007；Nagelkerken等人，2008）。孙德尔本斯（Sundarbans）地区拥有大约50种哺乳动物、320种鸟类、53种爬行动物、11种两栖动物、177种鱼类和873种无脊椎动物（Islam和Bhuiyan，2018）。
大多数动物和鸟类依赖树木作为食物和栖息地。近海海洋活动产生的各种物质可能将重金属释放到水中，这些重金属会沉积在沉积物中，最终进入植物根部及叶片。由于生物放大作用，这些金属在植物体内的浓度逐渐升高（Harbison，1986）。自然和人为活动都是环境中重金属积累的原因，尤其是在自然水体、沉积物和土壤中（Adhiroop Chowdhury等人，2023；Ali等人，2019）。红树林能够吸收和固定重金属，从而有助于减少环境污染；然而，这些金属也可能影响红树林的生长和整体健康（Nguyen等人，2020）。由于重金属倾向于在水体系统的底层沉积和积累，因此其在沉积物中的浓度通常高于上层水体。因此，这些污染物会逐渐渗入沉积物中（Ayd?n等人，2023）。重金属污染日益成为全球关注的重点问题，因为它们在环境中具有持久性，并且在生态系统中容易生物累积，导致有害影响（Laoye等人，2025）。即使浓度很低，重金属也具有毒性，因为它们不可生物降解（Brodin等人，2017；Ferrey等人，2018）。水体和沉积物中高浓度的重金属对植物和动物都有害（Doganlar和Atmaca，2011）。
沉积物是水生系统中最脆弱的组成部分之一，需要定期监测以评估生态系统的质量（Rezaei等人，2021；Baran等人，2019）。沉积物被广泛用作环境指标，其追踪污染源和监测沉积物中污染物的能力已得到广泛认可（Rahman等人，2024；Islam，2010）。作为河流生态系统的重要组成部分，沉积物既是重金属的汇也是来源（Pejman等人，2015；Huang等人，2019）。沉积物的动态变化直接影响潮汐主导的沙特基拉（Satkhira）地区沉积物的几何稳定性和污染物的行为。沉积物的扩散，尤其是水平扩散，受半日潮汐作用、河口分层以及淡水和咸水密度梯度的影响，这些因素又受到斜压环流和潮汐不对称性的影响。然而，溢岸沉积、絮凝和解絮凝以及生物扰动也控制着沉积物的垂直扩散，从而调节附着在污染物上的微小颗粒的总体积累和再迁移（Allison和Kepple，2001；Rogers等人，2014）。在红树林水域，沉积物运输主要受水动力过程控制，而非生物过程。关键因素包括潮汐流不对称性、斜压环流和絮凝体的剪切破坏（Shih等人，2022）。红树林植被通过抵抗潮汐水流并通过根系网络捕获沉积物来促进沉积过程（Chaudhury等人，2019）。在河流系统中，重金属在传输过程中可能会因溶解、沉淀和吸收作用而发生频繁变化（Abdel-Ghani和Elchaghaby，2007）。分析沉积物岩芯有助于了解重金属含量的历史变化及其相关因素（Rezaei等人，2021；Machado等人，2002）。这有助于分析埋藏的污染物是在迁移、积累还是降解（Vidya和Patil，2016a；Vidya和Patil，2016b）。此外，全球范围内都开展了关于沉积物岩芯的研究，包括在红树林中的研究（Awal等人，2009）。
红树林具有大量的侧根，这些侧根固定在松软的沉积物中，而气生根则暴露在外以进行气体交换（Ubong和Obunwo，2018）。然而，大量重金属存在于红树林土壤中，而在植物组织中的含量较少（Miebaka和Cynthia，2020）。污染物，尤其是重金属，主要在根部积累，限制了其向植物地上部分的转移。因此，叶片中的重金属含量低于茎和根部（Wibowoa等人，2024）。总体而言，叶片组织中的重金属含量非常少，因为大部分被吸收的重金属都积累在茎和根部（Chmielewski等人，2025）。然而，某些植物物种可以积累相当数量的重金属而不表现出明显压力，这对动物和人类可能构成潜在风险（Hajar等人，2014；Oliver，1997a；Oliver，1997b）。植物对重金属的耐受性与金属离子的吸收速率及其在植物体内的解毒效率有关。因此，相同数量的金属对某些物种可能有害，而对其他物种则无害（Wilson和Pyatt，2007；Khan等人，2008；Islam、Ahmed、Raknuzzaman、Habibullah-Al-Mamun和Islam，2015a；Islam、Ahmed、Raknuzzaman、Habibullah-Al-Mamun和Islam，2015b）。
已采用多种方法来评估与重金属相关的生态风险（Bhuyan和Bakar，2017）。包括印度（Adhiroop Chowdhury等人，2023）、中国（Qiunan Li等人，2025；Peng等人，1997）、新加坡（Cuoong等人，2005）、伊朗（Shirvani Mahdavi等人，2012）、阿曼（Keshavarz等人，2012）和印度尼西亚（Suryawan等人，2024）在内的多个国家都报告并研究了红树林生态系统中的重金属积累情况。由于游客数量增加、基础设施不足、水产养殖业（如虾类、巨型对虾、活蟹和软壳蟹养殖）的发展、渔船活动以及人类活动等因素，楚纳河（Chuna River）和科尔佩图阿河（Kholpetua River）附近的固体和液体废物及排放物排放量日益增加，导致河流和沉积物受到污染。尽管如此，该地区仍缺乏基于沉积物岩芯的研究。此外，关于研究区域的海水、沉积物、红树林根部和叶片的综合研究也较少。本研究旨在确定河流水面、沉积物岩芯以及选定的红树林叶片和根部中某些重金属（铅、镉、铬、镍、铜、锌、铁、锰和钴）的浓度。使用多种污染指数来描述水质并检查河水污染状况。还通过多种指数评估了沉积物中重金属的生态风险及可能的来源。同时计算了生物浓缩因子（BCF），以确定植物从沉积物向根部的生物积累能力，并评估其修复潜力。此外，还计算了转移因子（TF），以描述重金属从沉积物向红树林植物根部和叶片的传输过程。使用皮尔逊相关系数矩阵（Pearson’s correlation coefficient matrix）来确定重金属之间的潜在关系，并进行了聚类和主成分分析（PCA）。
研究区域描述
本研究在孙德尔本斯红树林生态系统的一部分进行（图1）。样本采集于2022年1月退潮期间，共9个站点（表1）。孙德尔本斯红树林（面积约601,700公顷）由恒河下游平原、落叶林和孟加拉湾交汇形成。每年都有强飓风从孟加拉湾生成。
红树林河口水中的金属
观察结果（表6）显示，水样中的金属含量范围如下：铅（Pb）< 8.0–26.57 μg/L；镉（Cd）< 1.0–1.34 μg/L；铬（Cr）< 11.0–16.35 μg/L；铜（Cu）17.35–35.40 μg/L；锌（Zn）< 8.0–19.64 μg/L；镍（Ni）< 8.0–13.91 μg/L；锰（Mn）5.66–291 μg/L；钴（Co）< 5.0 μg/L；铁（Fe）178–133 μg/L。各采样站点的金属总浓度顺序为St5 > St3 > St6 > St7 > St4 > St8 > St1 > St9 > St2。铅（Pb）、铜（Cu）、锌（Zn）、锰（Mn）和铁（Fe）的最高浓度分别为26.57 μg/L、35.40 μg/L、19.64 μg/L和178 μg/L。
结论
科尔佩图阿河（Kholpetua River）和楚纳河（Chuna River）是孙德尔本斯红树林西部最重要的两条河流。它们通过其他河流系统相连，位于孟加拉湾广阔的三角洲内。本研究的主要发现包括：a. 九个水样中有两种微量元素（铅和铜）的浓度超过了毒性参考值；特别是铁（Fe）和锌（Zn）的富集程度显著（分别为30,976 mg/kg和146.96 mg/kg）。
CRediT作者贡献声明
奥伊尼莎·伊斯兰（Oinisha Islam）：撰写初稿、软件应用、方法设计、数据分析、正式分析。阿扎鲁尔·伊斯兰·帕拉什（Md. Azharul Islam Palash）：审稿与编辑、软件应用、方法设计、数据分析、数据整理。穆尼娅·阿克特（Munia Akter）：撰写初稿、方法设计、数据分析、正式分析。普里安卡·昆杜（Prianka Kundu）：软件应用、方法设计、正式分析。希尔皮·萨哈（Shilpi Saha）：审稿与编辑、验证、方法设计、数据分析、概念构建。沙姆沙德·贝古姆·卡拉伊希（Shamshad Begum Quaraishi）：数据可视化、结果整理
利益冲突声明
穆罕默德·阿卜杜勒·巴基（Mohammad Abdul Baki）表示得到了孟加拉人民共和国科技部的财政支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本研究的客观性。
致谢
作者感谢贾格纳特大学（Jagannath University）为这项研究提供资金和设施支持。同时，作者也感谢孟加拉人民共和国科技部的财政援助。此外，作者还要感谢贾格纳特大学地理与环境系的助理教授Khandakar Tanvir Hossain以及地理系硕士生Fuad Hasan Shaon的贡献。
