《Regional Studies in Marine Science》：Potential effects of organic matter-bound toxic elements on benthic foraminifera in Apalachicola Bay sediments (Florida, USA)
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阿拉巴契ola湾表层沉积物中12种潜在有毒元素（As、Cd、Co、Cu、Cr、Fe、Pb、Hg、Ni、Se、Ti、Zn）浓度分析表明，尽管整体污染指数（PLI）低于1，但河流位点污染指数（PLI_river）超过1，且沉积物有机质含量（4.43–12.36%）导致有机结合态PTE的生物可利用性增强，造成底栖有孔虫多样性（<1.53）和物种数（<6）显著降低，以Ammonia parkinsoniana和Cribroelphidium gunteri为主。分隔符：
Adebayo Solanke | Michael Martínez-Colón | Olugbenga T. Fajemila | Charles Jagoe
佛罗里达农工大学环境学院，美国佛罗里达州塔拉哈西市马丁·路德·金大道1515号，FSH科学研究中心
摘要
本研究测定了阿帕拉契科拉湾中12种潜在有毒元素（As、Cd、Co、Cu、Cr、Fe、Pb、Hg、Ni、Se、Ti和Zn）的浓度，以评估表层沉积物的污染程度，并利用底栖有孔虫作为污染生物指示剂。尽管从整体上看，该海湾的这些元素污染状况并不严重（PLIestuary <1），但河流区域的污染较为严重（PLIriver >1）。此外，基于有机物含量（4.43–12.36%），海湾区域的生态质量被评为“差”，这非常关键，因为与有机物结合的这些有毒元素容易被底栖有孔虫吸收。这从物种数量（<6种）和多样性（<1.53）的较低值可以看出，即使在该环境压力下也是如此。受泥质有机碳（正向影响）和有机结合的Cd-Se（负向影响）控制的情况下，该区域的主要物种为Ammonia parkinsoniana和Cribroelphidium gunteri。根据它们的相对丰度，前者对有机结合的Ni-Cr-Cu具有耐受性，而后者对Ni-Co-Cr-Cu-Zn具有耐受性。由于海湾中Se的总浓度（6.06–261.24 mg/kg）及其“高”污染系数（CF >6），说明该区域受到严重污染。虽然Se对底栖有孔虫的毒性作用尚不清楚，但其可生物利用的形式对其生态分布产生了负面影响。
引言
河口地区具有独特性，为众多生物提供栖息地，并支持高生产力和生物多样性。它们还提供生态系统服务，如水生生物发育阶段的育婴场和觅食场所。这些生态过渡带以其对自然（如盐度、pH值、氧化还原状态）和人为（如微塑料、杀虫剂）压力的恢复力而闻名。这类环境的一个独特特征是，它成为潜在有毒元素（PTEs）如Cu和Se等的汇（Fajemila等人，2022a）。由于PTEs在自然界中普遍存在，陆地悬浮颗粒物通常是表层沉积物中这些元素的主要传输载体（Apeti等人，2005；Sobhanardakani，2017；Karthikeyan等人，2019；Kormoker等人，2024；Oliva等人，2018；Wu等人，2022）。此外，河口水动力复杂，在这些元素的命运和传输（悬浮、沉积、再悬浮）中起着关键作用，因为它们会被沉积物和有机物所固定；同时受盐度、pH值和溶解度等因素的影响，从而影响其生物可利用性（Apeti等人，2005；Twichell等人，2010；He等人，2018；Shannon，1948）。在水生环境中，PTEs在多种生物地球化学过程中起着重要作用，例如氮固定（Fe、Mo）、CO2的获取（Zn、Cd、Co）、脂质过氧化抑制剂（Se）以及硝化/反硝化（Cu、Fe、Mo）等（Martins等人，2020；Stewart等人，2010；Hammer等人，2001）。因此，需要记住PTEs通常以可溶性复合物的形式存在，其毒性程度受环境条件和生物化学循环的控制（Stewart等人，2004；Hammer等人，2001；Yüksel和Ustao?lu，2025）。PTEs在河口沉积物和溶液中的增加引起了监管机构的关注，因为它们可能通过营养级传递机制（如生物累积、生物放大作用）暴露并影响人类健康。例如，鲟鱼鱼子酱中的Hg含量已超过美国食品药品监督管理局推荐的鱼类标准（美国FDA，2022）。另一方面，像Ni-Co-V这样的PTEs通过干沉降（如吸入）对人类健康构成更高风险（Sobhanardakani，2019）。
阿帕拉契科拉湾（AB）是国家级河口研究保护区系统的一部分，位于佛罗里达州狭长地带（图1）。由于阿帕拉契科拉河（AR）南部人口密度较低（NFWMD，2017），对其流域的严重改变（如修建水坝、疏浚）影响了海湾的水质和沉积物质量。此外，据报道，流域内的历史性干旱以及淡水滞留（16座水坝）可能导致盐度升高、污染物迁移和沉积物负荷变化，从而改变海湾的自然环境条件和生物群落（Harrington，2001；Camp等人，2015；Windom和Palmer，2023）。值得注意的是，淡水来源会随干湿季节而变化。例如，在雨季，查塔胡奇河是主要水源；而在流量较低的时期，则是弗林特河（Peterson等人，2013；Chen和Mossa，2020）。AR沿岸和海湾内的疏浚活动（Dulaiova和Burnett，2008；Lintner等人，2025；Mitrovic等人，2004）令人担忧，因为这会导致厌氧沉积物的再悬浮，从而重新释放PTEs（Allen，1995）。此外，将疏浚出的淤泥倾倒在海湾内也会引起问题，因为这会改变盐度通量和循环模式（Leitman等人，1986），进而影响PTEs的命运和传输。目前关于该海湾中PTEs的生物累积和沉积物封存的研究很少。例如，有报道称河流中的Corbicula manilensis蛤蜊和沉积物中的Cu-Cd-Pb-Zn浓度相对较低（Elder和Mattraw Jr.，1984），而牡蛎Crassostrea virginica中的Cd-Cu-Zn浓度较高；只有Cr的浓度超过了效应范围下限（ERL）（Apeti等人，2005）。1995年的一项研究报道沉积物中的As-Cr-Zn浓度超过了各自的ERL，而2001年的研究则显示河流和海湾沉积物中的As-Cd-Cu-Cr-Pb-Hg-Ni-Zn浓度超过了佛罗里达州环境保护部的效应水平阈值（TEL）（Harrington，2001）。最近的一项研究记录了AR流域中As的迁移和传输情况，探讨了悬浮沉积物颗粒物季节性变化对其浓度的影响（Peterson等人，2013）。
总体而言，生物对污染物可能敏感或具有耐受性。它们的反应包括生理变化、分布变化和结构组合变化，这些变化提供了高度敏感的生物指示剂，因此是监测环境污染效应的理想方法（Zhang等人，2025；Alve等人，2016）。为了评估PTEs对河口系统健康的影响，底栖有孔虫被用作污染生物指示剂。这些中型底栖生物是生活在沉积物中的带壳单细胞原生动物，死后可以被保存下来。由于它们对环境变化的快速响应（如沿污染梯度的多样性变化），已有60多年的应用历史（例如，Sen Gupta，2013；Bouchet等人，2021；Balachandar等人，2023；El-Kahawy等人，2023）。此外，它们的时间和空间生态变化（Benito等人，2015；Davis Jr.，2017）使它们成为污染的极佳指标，因为它们通常是最后从受影响区域消失的真核生物（例如，Schafer，2000）。
需要强调的是，尽管沉积物地球化学分析可以直接了解污染状况，但使用有孔虫作为生物指示剂具有额外优势，因为它整合了它们对污染物的生态响应。迄今为止，尚无来自该海湾的研究将底栖有孔虫作为PTE污染的指标。本研究的目标是：（1）确定PTEs和底栖有孔虫的空间分布；（2）根据沉积物质量评估污染状况；（3）了解可生物利用的PTEs对底栖有孔虫的潜在影响。
研究区域和采样
阿帕拉契科拉湾是一个分层且较浅的屏障岛型河口（图1）。它宽度约为542平方公里，平均深度为3米，主要淡水来源来自乔治亚州、阿拉巴马州和佛罗里达州，通过阿帕拉契科拉-查塔胡奇-弗林特（ACF）河流域流入（Huang，2010；Camp等人，2015；Chen等人，2020）。海湾底部主要由泥质和沙质沉积物组成，部分区域有坚硬的底部，适合牡蛎生长（Camp等人，2015）。
沉积物特征和PTEs
最丰富的粒径是中沙，占样本的42%，其次是泥质，占33%。沙子的含量范围为1.8%（Sta. 6）至74%（Sta. 2），而泥质的含量范围为<0.07%（Sta. 1–4）至77%（Sta. 6），且从东北向西南呈递增趋势（图2a）。同样，有机碳（TOC）和CO3也呈现相同趋势，前者范围为0.9%（Sta. 2–3）至11–12%（Sta. 6和11），后者范围为0.2%（Sta. 1–4）至20%（Sta. 9）。
来源、命运和传输
众所周知，工业革命后河口环境中PTEs的主要来源是人为的，包括油漆、煤炭/石油燃烧、杀藻剂/杀菌剂、处理过的木材渗出物、木材/废物焚烧、磷石膏和污水等（例如，MacDonald，1994；Harrington，2001；El Kateb等人，2020；Kormoker等人，2024；?ncü等人，2025；Yüksel和Ustao?lu，2025）。尽管该流域大部分地区用于林业，
结论
从总PTE平均浓度来看，其顺序为：Se > Zn > Pb > Cr > Co > Cu > Ni > Cd > Hg。根据既定的SQG值（ERL、ERM、TEL和PEL），阿帕拉契科拉湾的环境状况几乎没有负面效应。令人惊讶的是，只有可生物利用的Cd和Se（omF4）对有孔虫的生态指数产生了负面影响。
未引用的参考文献
(Bullock和Parnell，2017；Culver等人，2012；Edmiston，2008；El-Kahawy和Mabrouk，2023；El Kateb等人，2020；Ellison和Murray，1987；Frontalini等人，2016；Harmesa等人，2022；Hayward等人，2023；Khalijian等人，2022；Losada等人，2020；Martínez-Colón等人，2017；Mossa等人，2017；Turekian和Wedepohl，1961；Ullah等人，2023；美国食品药品监督管理局，2022；Van der Zwaan等人，1999；Zhou等人，2008)
CRediT作者贡献声明
Olugbenga T. Fajemila：撰写、审稿和编辑、可视化。Charles Jagoe：撰写、审稿和编辑、数据分析。Adebayo Solanke：撰写、初稿编写、方法论设计、调查、数据分析、数据管理、概念构建。Michael Martínez-Colón：撰写、审稿和编辑、验证、监督、资金获取、数据分析、数据管理、概念构建。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Michael Martinez-Colon表示得到了Alfred P Sloan基金会的财务支持；Michael Martinez-Colon表示得到了佛罗里达州立大学的财务支持。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所报告的工作。
致谢
作者感谢Jason Garwood和Ethan Bourque（阿帕拉契科拉国家河口研究保护区）以及Josh Breithaupt博士（佛罗里达州立大学海岸与海洋实验室）在野外采样期间的帮助。同时感谢FAMU环境学院核心实验室的Veera女士和Benjamin Mwashote博士在ICP-OES分析方面的协助。本工作得到了佛罗里达州立大学-阿帕拉契科拉湾系统计划[资助编号：R0000052810]的支持；以及另一项资助的支持。
