珊瑚帝国的隐藏污染物：拉克沙群岛珊瑚礁生态系统中多环芳烃的命运、迁移途径、来源分布及其毒性

《Journal of Contaminant Hydrology》：Hidden contaminants in a coral paradise: fate, transport, source apportionment, and toxicity of polycyclic aromatic hydrocarbons in the coral reef ecosystems of the Lakshadweep archipelago

　　

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  本研究调查了拉克沙德威普珊瑚礁生态系统中多环芳烃（PAHs）的命运和风险。
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  PAHs的浓度为：20.9–240?ng/L（溶解态），146–356?ng/L（悬浮颗粒物质，SPM），2.05–22.2?ng/g（沉积物）。
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  富含碳酸盐的渗透性沉积物和水动力条件限制了PAHs的积累。
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  来源呈现混合的岩源性和热成因特性。
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  生态和人类健康风险较低；主要风险来自皮肤接触。

引言

多环芳烃是一类持久的有机污染物，由两个或更多个融合的芳香环组成，主要来源于有机物质和石油的不完全燃烧（Vijayanand等人，2023年；Cao等人，2024年；Galbán-Malagón等人，2023年；Zhang等人，2024年）。由于广泛的人为排放，包括工业排放、化石燃料燃烧、意外石油泄漏和海上运输，PAHs在水生生态系统中普遍存在（Sun等人，2022年）。它们的环境重要性在于其高化学稳定性、生物累积潜力以及显著的毒理学效应，包括致突变性、致畸性、干扰内分泌作用和致癌性（Deng等人，2024年）。PAHs强烈的疏水性使其易于吸附在悬浮颗粒物质（SPM）上，从而有效地从大气和陆地来源转移到水生生态系统，并最终沉积在沉积物中，这些沉积物作为污染事件的记录器并长期储存污染物（Arias等人，2023年）。沉积物中PAHs浓度的升高会损害沉积物质量，对底栖生物群落造成长期生态风险（Ying等人，2025年）。

PAHs的环境命运和空间分布受排放源、沉积物地球化学特性、区域水动力条件、微生物降解途径以及不同PAHs同系物之间反应性的共同影响（Cao等人，2020年；Chizhova等人，2025年）。沉积有机质和纹理组成对PAHs的积累起着主导作用，细粒度和富含有机质的沉积物具有更强的吸附能力（Niu等人，2020年）。此外，沿海地区日益增多的人为活动（港口、码头和航线）显著增加了PAHs的负担（Li等人，2015a；Li等人，2015b；Suresh等人，2025年）。水动力作用，包括潮汐循环和洋流，决定了PAHs在海洋系统中的重新分布和长距离扩散（Wang等人，2017年；Cao等人，2024年）。例如，渤海和黄海的PAHs显著转移可归因于中国东部边缘海域的环流模式（Wang等人，2017年）。因此，全面了解PAHs的来源、传输途径和沉积物-水之间的分配对于精确评估生态风险以及制定基于证据的策略以减轻污染对脆弱海洋生态系统的影响至关重要。

珊瑚礁是生物多样性最丰富和生产力最高的海洋生态系统之一，常被称为“海洋的雨林”（Yang等人，2020年）。尽管它们仅占全球海洋面积的不到1%，却支持了约25%的海洋物种，凸显了其重要的生态意义（Sobha等人，2023年；Veettil和Puri，2025年）。除了生态价值外，珊瑚礁生态系统还提供了重要的社会经济效益，包括海岸保护、渔业旅游和维持海洋生物多样性（Meoded-Stern等人，2025年）。尽管如此，珊瑚礁正受到人为干扰（局部压力因素）和气候变化（全球压力因素）的综合威胁（Yuan等人，2024年）。

全球评估表明，活珊瑚覆盖率持续下降，目前有近三分之一的造礁珊瑚物种面临灭绝风险（Qiu等人，2024年）。人为活动如污染物排放、沿海城市化和过度捕捞显著增加了对珊瑚礁系统的环境压力，往往超过该系统的恢复能力（Fran?a等人，2020年；Vignesh等人，2024a，2024b）。最近的研究记录了全球珊瑚礁生态系统中PAHs的广泛存在（Xiang等人，2018年；Yang等人，2019年；Zhang等人，2021a，Zhang等人，2021b；Ranjbar Jafarabadi等人，2021年；Vignesh等人，2024a，2024b）。实验和实地证据表明，PAHs暴露会通过降低光合效率、妨碍幼虫发育、引起组织损伤、抑制生长、改变基因表达和促进白化反应等方式对珊瑚产生不利影响（Martínez等人，2007年；Woo等人，2014年；Overmans等人，2018年；Caroselli等人，2020年）。此外，周围水体的环境浓度在很大程度上决定了珊瑚组织中PAHs的积累，强调了周围水质和沉积物质量在调节污染物吸收中的重要性（Han等人，2020年；Ranjbar Jafarabadi等人，2021年）。

拉克沙德威普群岛位于阿拉伯海（距印度大陆西海岸约220至450公里处），是该国唯一的珊瑚环礁系统。该群岛由36个岛屿、12个环礁和5个海底暗礁组成。其中只有10个岛屿（Minicoy、Kadmat、Kalpeni、Kiltan、Chetlat、Agatti、Andrott、Amini、Kavaratti和Bitra）有人居住。地理上，拉克沙德威普位于北纬8°12′至12°131″，东经71°0017′至71°0017′之间，总面积为32平方公里，拥有约4200平方公里的广阔泻湖。拉克沙德威普群岛的泻湖通常较浅；相比之下，珊瑚礁边缘后的水深急剧增加（Mallik，2017年）。该地区以其极高的海洋生物多样性为特征，支持着多种生物类群，包括甲壳类（599种）、鱼类（880种）、八放珊瑚（48种）、石珊瑚（225种）、棘皮动物（175种）和海绵（Praved等人，2025年）。渔业是主要的生活来源，其中鲣鱼（Katsuwonus pelamis）占印度鲣鱼产量的近30%（Koya等人，2012年）。

拉克沙德威普的珊瑚礁生态系统为当地社区提供了必要的生态系统服务，包括食品安全、收入生成和海岸生产。由于原始的环境、美丽的风景和丰富的渔业资源，该群岛也是印度最著名的旅游目的地之一。过去三十年间，拉克沙德威普在旅游业和基础设施方面经历了快速发展，包括港口和码头的建设、航运和岛际交通服务的扩展以及沿海开发的增加。目前的电力需求主要依靠柴油发电满足，不同岛屿上有10个柴油发电厂在运行。然而，人为活动的加剧可能会增加污染物的排放，包括PAHs；然而，关于拉克沙德威普有机污染物分布、来源和环境命运的系统性信息仍然有限（Vignesh等人，2024a，2024b；Vignesh等人，2024b；Sudheesh等人，2025）。

此前对拉克沙德威普珊瑚礁生态系统中PAHs的了解仅限于四个岛屿（Agatti、Kavaratti、Bangaram和Perumal Par），主要关注其在珊瑚礁水域中的存在、来源和生态风险（Vignesh等人，2024a）。珊瑚礁环境中的污染物化学动态受水动力过程和现有生物地球化学条件的强烈控制，这些条件可能与全球其他河口和沿海系统有所不同（Ouillon等人，2010年）。然而，关于沉积物中的PAHs以及沉积物特性、水动力条件和局部人为活动在拉克沙德威普珊瑚礁生态系统中的PAHs命运中的作用，仍存在显著的知识空白。本研究对拉克沙德威普群岛四个有人居住的岛屿（Kiltan、Kadmat、Kalpeni和Minicoy）的珊瑚礁生态系统中的PAHs进行了全面评估。本研究的具体目标是：（i）确定水、颗粒物质和沉积物中PAHs的分布和组成特征；（ii）评估沉积物特性、水动力条件和人为活动对PAHs命运和传输的影响；（iii）评估PAHs污染对珊瑚礁生态系统的潜在生态风险和人类健康影响。

章节片段

研究区域和样本采集

2025年4月，从拉克沙德威普群岛的四个有人居住的岛屿（Minicoy、Kadmat、Kalpeni和Kiltan）的四个珊瑚礁泻湖中收集了水和表面沉积物样本（图1；补充材料中的表S1）。这些岛屿的土地面积分别为4.80平方公里（Minicoy）、2.20平方公里（Kiltan）、2.79平方公里（Kalpeni）和3.20平方公里（Kadmat）。Minicoy是拉克沙德威普群岛最南端的岛屿。这些岛屿的泻湖面积分别为30.6平方公里、1.76平方公里、25.6平方公里等。

水、悬浮颗粒物质（SPM）和沉积物中PAHs的存在与组成

拉克沙德威普群岛珊瑚礁水中的PAHs总浓度（TDPAHs）范围为20.9至240?ng/L（平均值±标准差：102?±?62.8?ng/L）（图2）。按岛屿划分，Kiltan的TDPAHs浓度为20.9至115?ng/L（65.3?±?38.8?ng/L），Kalpeni为25.5至148?ng/L（108?±?56.1?ng/L），Minicoy为56.7至240?ng/L（138?±?90.9?ng/L），Kadmat为47.3至156?ng/L（96.8?±?56.6?ng/L）（图2）。成分分析显示，低分子量PAHs（LMW PAHs；2–3

结论

本研究调查了拉克沙德威普群岛珊瑚礁生态系统中PAHs的存在、来源、命运和生态影响。?₁₆PAHs的浓度在溶解相中为20.9至240?ng/L，在SPM中为146至356?ng/L，在表面沉积物中为2.05至22.2?ng/g，表明尽管拉克沙德威普群岛相对偏远，PAHs在所有环境介质中普遍存在。结果表明（i）水柱中的PAHs主要集中在

CRediT作者贡献声明

E.R. Vignesh： 编写——初稿，可视化，调查，正式分析。T.R. Gireeshkumar： 编写——审阅与编辑，验证，调查，正式分析。A. Ramzi： 编写——审阅与编辑，正式分析。A.R. Jithu： 正式分析。Midhun M. Nair： 正式分析。P.S. Rakesh： 编写——审阅与编辑，正式分析。K.S. Arya： 正式分析。Anjana Jayaprakash： 可视化，正式分析。K. Sudheesh： 编写——审阅与编辑，正式分析。K.R.

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

作者感谢CSIR-国家海洋学研究所（CSIR-NIO）的所长提供的设施和支持。我们还要感谢科钦区域中心的科学家负责人提供的支持。我们感谢CSIR-NIO的同事们在现场采样工作中所提供的帮助。感谢Snigtha女士和Abhiram M先生在野外采样和初步实验室分析中的协助。本研究由资助。

E.R. Vignesh|T.R. Gireeshkumar|A. Ramzi|A.R. Jithu|Midhun M. Nair|P.S. Rakesh|K.S. Arya|Anjana Jayaprakash|K. Sudheesh|K.R. Muraleedharan|Narayan Panda|K.U. Abdul Jaleel