东海–坪垃圾倾倒场的持续重金属污染：追溯海洋倾倒与政策变化二十年来的影响

《Environmental Pollution》：Persistent heavy metal contamination at the East Sea–Byeong dumping site: Tracing the impacts of ocean dumping and policy changes over two decades

　　【摘要要点】- 对ES-B倾倒场长期重金属污染状况进行了评估。- 历史废物的输入与颗粒物追踪显示，存在持续的空间热点区。- 区域背景指数更能反映长期污染格局。- 即使海上倾倒量减少乃至停止后，表层沉积物仍可长期保留污染物。- 管理遗留污染需要开展综合生态评估。【引言】废弃物由陆地进入海洋环境的主要途径是河流与地下水，但直接在海上处置同样向指定倾倒场输送了大量废弃物。在这类废弃物所含污染物中，重金属尤为值得关注，因为它们能够在环境中持久存在、具有生物毒性并可发生生物富集，已成为重大生态问题（Ali等，2019；Baby等，2011）。虽然部分进入海洋环境的重金属会在海水中被稀释、随后被输送和扩散，但有相当大一部分会吸附在有机质、铁锰氧化物、硫化物和黏土矿物上，最终沉降于海底并进入沉积物（Wang和Chen，2000）。然而，储存在沉积物中的有毒物质可能通过侵蚀、生物扰动或化学解吸过程重新进入上覆水体，对海洋生态系统产生不利影响（Birch，2017；Duran和Cravo-Laureau，2016）。因此，海洋沉积物分析是分析化学的一个分支，关注人为因素对环境的影响，可用于评估海洋环境状况，并为监管部门提供基础性指导（Kuznetsova和Timerbaev，2022）。评估水生系统中金属毒性的需求推动了各类沉积物质量指数的不断完善（Duodu等，2016）。现有的各种评估指数针对特定情形和目标而设，既包括单一元素的影响，也涵盖多元素的综合效应。对于历史海上倾倒场而言，这种针对具体场地的评估尤为重要，因为长期、集中的废物处置可能导致沉积物持续污染，需要专门的管控策略。自1993年被指定以来，韩国三处海洋倾倒场因在特定地点集中处置陆源废弃物而遭受严重污染。为解决这一问题，韩国政府于2002年指定了排放焦点区，以便引导处置船只通过这些区域进行倾倒（MOF，2024）。但随着污染在向近岸偏移的焦点区不断集中，政府于2006年6月实施了"歇放年制"（Resting Year System，RYS）。该制度规定，当表层沉积物中重金属浓度超过ERM（效应范围中值）——即与底栖生物不利影响相关的阈值——时，禁止在该区域进行海洋处置（Kim等，2021）。此外，2007年推出了"责任区制度"，作为减轻处置区污染的举措，通过对每家公司指定两个责任区，将陆源废弃物的处置按月分配到不同区域，从而向处置企业施加管理责任。与此同时，"零海上倾倒政策"的推进使自2007年起废物处置量急剧下降；到2015年底，除部分特定物品外，所有废弃物的海洋处置均被禁止（Chung等，2017；Jung等，2023；Kim等，2018）。值得注意的是，作为本研究研究区的东海–平（ES-B）倾倒场，在所有指定倾倒场中接收的陆源废弃物量最大。据估计，1991至2015年间，约有29,053吨重金属（包括锌、铜、铬、铅、砷、镉和汞）被排放至该区域（Jung等，2023）。海洋沉积物中的重金属污染可能带来持久的环境影响，因为金属可在沉积物中积累，并可能向底栖生物释放，进而通过生物富集与食物网传递对底栖群落产生影响。在ES-B倾倒场，以往研究已报道了与沉积物污染相关的生态响应。Kim等（2018）将Tokunaga厚壳蛤（Thyasira tokunagai）鉴定为沉积物质量与底栖群落状况的生态指示生物；Kim等（2023）则报道了红泥倾倒所致的铬污染对底栖环境的长期效应。这些发现凸显了历史海上倾倒可能带来的生态后果，也强调了评估沉积物中重金属污染的程度、分布与持久性的重要意义。Jung等（2024）此前利用箱式取心器在ES-B站点采集了30厘米的沉积物岩芯，并考察了重金属的垂向分布与历史沉积模式。这些发现提供了与过去海洋倾倒相关历史污染情况的互补信息，而本研究则聚焦于2006至2021年间表层沉积物污染状况的长期变化。尽管韩国政府实施的政策转变导致重金属输入量和处置地点出现时序性变化，但迄今为止，缺乏将这些变化与沉积物时空污染状况相联系的长期、综合性环境影响评估研究。因此，本研究的目的是：（1）利用ES-B倾倒场的历史废物处置量与政策数据，识别每年的重金属输入量，以及表层沉积物中重金属浓度的时空变化；（2）利用废物颗粒物追踪模型对这些变化进行分析；（3）运用多种评估指数评价污染状况的时空格局。【各节要点】研究区ES-B倾倒场位于韩国浦项东南方向约125公里处，处于蔚岭盆地的南部（图1a）。该场区面积约3600平方公里，水深一般在1500至2000米之间。各采样站点的水深见表S1。该场区曾用于处置多种类型的陆源废弃物，包括液态废物、有机和无机污泥、拜耳红泥（铝土矿残渣）以及疏浚物。ES-B倾倒场重金属年度输入量所估算的重金属输入负荷代表所排放废弃物材料中含有的金属总质量，而非以元素形态金属的直接排放。为计算年度重金属输入负荷，我们依据Jung等（2023）报道的各类陆源废弃物平均重金属浓度及年度废物处置总量，按以下公式计算：Σ AC? × D? × WC? × TA?其中，i表示废弃物类型，AC表示平均金属浓度……（后续变量含义：D、WC、TA分别代表相应参数，用于计算各类废弃物的金属输入负荷。）结论ES-B倾倒场的重金属输入负荷在2005年之前显著上升，随后在实施倾倒管制措施后急剧下降。然而，在歇放区（1991至2021年间ES-B场区总废物排放量的约66%累积于此）的表层沉积物仍然受到严重污染。尽管金属浓度总体随时间下降，但截至2021年，大多数金属仍超过TEL值，在某些情况下甚至超过PEL值。作者贡献声明（CRediT）- Jun-Mo Jung：论文初稿撰写、可视化、验证、概念设计- Seongbong Seo：论文初稿撰写、可视化、概念设计- Chang-Joon Kim：验证、资源提供、方法学、数据整理- Taejin Kim：方法学、数据整理- Hae-Eun Kim：资源提供、数据整理- Dokyun Kim：资源提供、数据整理- Hyunseo Song：资源提供、数据整理- Young-Gyu Park：验证、数据整理- Ki-Young Choi：论文审阅与编辑、论文初稿撰写利益冲突声明作者声明不存在任何可能影响本文所报道工作的已知竞争性经济利益或个人关系。致谢本工作得到大韩民国海洋水产部（MOF）资助的韩国海洋科学技术研究院（KIOST）项目"海上国家废弃物处置最佳实用技术与管理方案开发"（R25TA00223366-00）的支持。作者亦感谢匿名审稿人提出的建设性意见，这些意见有助于提升本稿件的质量。作者名单：Jun-Mo Jung | Seongbong Seo | Chang-Joon Kim | Taejin Kim | Hae-Eun Kim | Dokyun Kim | Hyunseo Song | Young-Gyu Park | Ki-Young Choi