《Frontiers in Marine Science》：Seasonal and spatial variations of multiple environmental parameters in surface sediments of Maowei Sea, northern Beibu Gulf
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茅尾海（Maowei Sea）是北部湾北部的半封闭沿岸水体，受到大量陆源输入和快速区域发展的影响。尽管该区域已有污染物相关报道，但对其表层沉积物中污染物空间与季节分布的综合评估仍然有限，尤其缺乏平陆运河工程（Pinglu Canal Project）运行前的可
茅尾海（Maowei Sea）是北部湾北部的半封闭沿岸水体，受到大量陆源输入和快速区域发展的影响。尽管该区域已有污染物相关报道，但对其表层沉积物中污染物空间与季节分布的综合评估仍然有限，尤其缺乏平陆运河工程（Pinglu Canal Project）运行前的可靠环境基线。本研究对茅尾海表层沉积物中的七种重金属（铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、铬(Cr)、砷(As)和汞(Hg)）、有机碳（organic carbon, OC）、硫化物及石油烃进行了调查分析。研究人员探讨了这些参数的空间与季节变化，并将结果与中国海洋沉积物质量标准（GB 18668-2002）及中国和全球其他沿海区域的数据进行了比较。所测参数总体呈现自北部河口区向钦州湾递减的趋势，凸显了陆源输入的影响。沉积物中浓度显著高于上覆海水，表明沉积物作为污染物的长期汇和储库的作用。季节变化在中部和南部区域更为显著。石油烃和铅（Pb）的局部热点出现在茅尾海东部及钦州湾入口附近，可能反映了港口作业、航运活动和邻近工业源的影响。尽管存在这种局部富集，所有实测参数均低于GB 18668-2002第一类标准。与其他沿海区域的比较亦表明茅尾海重金属浓度总体偏低。研究结果表明，在平陆运河工程运行前，茅尾海表层沉积物总体呈现低污染水平和低潜在生态风险，但局部富集仍需持续监测。该研究为评估与运河运行及区域发展相关的未来环境变化提供了科学参考，并支持北部湾北部的长期海岸环境管理。
**一、研究背景与问题提出**
海洋沉积物是海岸生态系统的重要组成部分，既充当污染物的汇，也是污染物的源。重金属可通过悬浮颗粒物运输、沉降并在沉积物中累积，而有机碳（organic carbon, OC）、硫化物和石油烃则是沉积过程和人为干扰的重要指标。沉积物能够整合时间尺度的污染物输入，其化学组成可为历史污染记录和当前环境状况提供有价值的信息。北部湾是位于南海西北部的半封闭陆架海，接受多条主要河流的大量陆源输入，并承受快速经济发展、城镇化、工业扩张和港口活动带来的日益增加的人为压力。茅尾海位于北部湾北部，因其半封闭特征、受限的水体交换以及与周围河流系统的紧密联系而尤为敏感。已有调查报道了茅尾海及邻近钦州湾沉积物中重金属和有机污染物的存在，表明养殖、港口作业、航运活动和工业发展的影响，但多数研究聚焦于单一污染物或有限的空间调查，对多种沉积物相关污染物的组合分布格局缺乏综合认识。平陆运河作为中国西部陆海新通道的关键组成部分，其建设为评估茅尾海环境变化提供了新的背景。运河运行后，将通过钦江—茅尾海—钦州湾系统建立新的内陆—沿海运输通道，可能改变区域水动力、沉积物输运和淡水排放，进而影响污染物的迁移、再分配和长期累积。然而，平陆运河运行前沉积物相关污染物的基线条件、空间异质性和季节变化的定量信息仍然有限，这限制了对未来环境变化的识别和运河工程潜在生态影响的评估。
**二、研究内容与结论**
本研究聚焦于茅尾海表层沉积物的环境质量，于2021年春季和秋季分析了重金属（As、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）、有机碳、硫化物和石油烃。研究评估了基于中国和国际沉积物质量指南的生态风险，探讨了空间分布和季节变化，进行了相关分析以阐明环境参数间的相互作用，并将重金属浓度与北部湾其他区域及全球沿海区域的数据进行了比较。研究结果表明，茅尾海表层沉积物中大部分参数呈现自北部河口区向钦州湾递减的空间梯度，北部近岸区域是有机质和痕量金属的主要累积区。季节变化在中南部区域更为显著，秋季有机碳、石油烃和多种重金属浓度总体较高，可能与雨季陆源输入增强有关。所有实测参数均低于GB 18668-2002第一类标准，单因子污染指数均小于1，表明研究期间茅尾海表层沉积物总体未受污染且生态风险较低。与历史背景值相比，Cu、Cd、Pb和Hg呈现约二至四倍的富集，其中Cd富集最为显著，指示人为输入增加。与区域及全球数据的比较表明，茅尾海重金属浓度总体处于中等偏低水平，但Cd和Pb的局部富集表明人为输入已改变了特定区域的沉积物质量。该研究提供了平陆运河工程运行前的重要基线信息，为评估未来环境变化和长期生态监测及可持续海岸管理提供科学支持。
**三、主要技术方法概述**
研究人员于2021年春季（10个站位）和秋季（12个站位）在茅尾海使用抓斗采泥器采集了共22个表层沉积物样品（0–2 cm层）。硫化物和有机碳分别采用亚甲基蓝分光光度法和重铬酸钾氧化还原容量法测定，石油烃采用紫外分光光度法（正己烷萃取，225 nm检测波长）测定。重金属分析中，Cu、Pb、Cr采用无火焰原子吸收分光光度法，Cd和Zn采用火焰原子吸收分光光度法，As和Hg采用原子荧光光谱法测定，所有分析程序遵循《海洋监测规范—第5部分：沉积物分析》（GB 17378.5-2007）。质量控制采用国家标准物质（RMH-A557用于有机碳和硫化物，QCM-CW0012301用于重金属分析），各金属回收率介于73.0%–96.1%之间。茅尾海表层沉积物样品由研究人员于2021年采集，实验室分析由青岛国茂环境检测有限公司完成。
**四、研究结果**
**4.1 沉积物污染状况与生态风险评估**
研究人员采用中国海洋沉积物质量标准（GB 18668-2002）对茅尾海表层沉积物污染状况进行了评价。春季和秋季所有实测的Cu、Pb、Cd、Zn、Hg、As和Cr浓度均低于第一类标准阈值，表明茅尾海表层沉积物保持良好的环境质量。进一步采用美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA）提出的效应浓度低值（Effects Range-Low, ERL）和效应浓度中值（Effects Range-Median, ERM）指南评估，大多数金属浓度低于ERL值，表明不良生物效应概率较低，唯一位于Q12站位的As浓度（9.46 μg/g）略超ERL值（8.2 μg/g），提示该区域存在局部As富集的可能性。单因子污染指数（P
i）计算结果显示所有值均低于1，证实所测浓度处于评估标准范围内，茅尾海表层沉积物总体未受污染且生态风险较低。
**4.2 空间分布、季节变化及控制因素**
研究显示大部分沉积物参数在两个季节均呈现明显的空间梯度。有机碳、硫化物和石油烃持续富集于茅尾海北部和东北部沿海区域，Cu、Pb、Zn、Cd和As也呈现相似的空间格局，而Hg和Cr分布相对均匀。季节差异明显，秋季有机碳、石油烃和多种重金属浓度总体较高，特别是在海湾南部，这与雨季增强的陆源输入有关。有机质与污染物在空间上的一致分布表明沉积物有机质含量可能是污染物滞留的重要控制因素。水动力条件也起重要作用，北部河口区接受大量陆源输入但水体交换较弱，有利于细颗粒物及相关污染物的沉积；南部较开阔区域较强的水动力过程则可能增强沉积物再悬浮和污染物扩散。沉积物中污染物浓度显著高于上覆水柱，特别是Cu、Pb、As和Cr，突出了沉积物作为污染物长期汇的作用。
**4.3 潜在来源指示**
与茅尾海历史背景值相比，大多数调查的重金属呈现富集，其中Cu、Cd、Pb和Hg较历史背景值高约二至四倍，Cd相对上地壳（upper continental crust, UCC）的富集最为显著。Cd和Hg通常与工业排放、农业输入和城市废水等人为活动相关，Cr则与天然矿物组分和陆源风化过程关联更强，Cu和Zn可能来源于岩源物质和人类活动（如养殖、城市径流和工业排放）的混合。相关分析显示有机碳、硫化物、Cu、Zn、Cd和As之间存在显著正相关，表明有机质丰富的还原性沉积物通过吸附和络合作用促进金属滞留。总体而言，河流输运和海岸径流是人为金属进入海湾的主要途径，沉积物有机质和还原条件调节其后续累积。
**4.4 与区域及全球沉积物的重金属比较**
与广西区域内数据相比，本研究的浓度低于茅尾海红树林沉积物中先前报道的值，表明红树林生态系统可能是痕量金属的有效汇。与广东福田红树林相比，茅尾海重金属浓度显著较低。与国内外其他河口或沿海环境相比，茅尾海重金属浓度总体处于中等范围，约为北海沿海沉积物浓度的1–3倍，Cd浓度超过2017年北部湾的值，而Cu、Pb、Zn和Cr浓度低于开阔北部湾。与快速城市化的深圳等区域相比，本研究金属浓度显著较低。全球尺度上，除Cd外，茅尾海重金属平均浓度普遍低于越南芹椰（Can Gio）报道的值，Pb浓度则高于伊朗和阿拉伯湾沿海沉积物。区域发展活动可能带来额外人为源输入，但相对河流输入而言可能较为次要。
**五、讨论与结论总结**
讨论部分指出，茅尾海表层沉积物的空间和季节变化主要由陆源输入、水动力条件和沉积物有机质特征的相互作用控制：陆源径流决定污染物输入的量级和分布，水动力过程调节其输运和沉积，有机质丰富的沉积物增强其滞留。沉积物中污染物浓度显著高于上覆海水，表明沉积物作为污染物长期储库的作用。局部热点指示港口运营、航运活动和工业发展的潜在影响。
研究结论总结如下：本研究提供了平陆运河工程运行前茅尾海表层沉积物中重金属、有机碳、硫化物和石油烃的综合基线评估。结果揭示了沉积物地球化学的显著空间异质性，大部分参数在北部河口区浓度较高，向钦州湾方向逐渐降低，表明陆源输入是控制茅尾海沉积物污染格局的主要因素。季节变化在北部区域相对有限，但在中部和南部区域更为明显，表明水动力条件和物质输运过程的季节变化影响海湾内多种环境参数的再分配。所有实测参数均低于中国海洋沉积物质量标准（GB 18668-2002）第一类标准，表明茅尾海整体沉积物质量相对良好，当前生态风险有限。与其他沿海区域相比，茅尾海重金属浓度总体较低，但Cd和Pb的局部富集表明人为输入已在特定区域改变了沉积物质量。本研究建立的基线数据集为评估平陆运河工程及其他海岸开发活动引起的环境变化提供了重要参考，长期监测应优先关注受陆源径流、港口活动和工程扰动影响的近岸区域，特别是将Cd、Pb和石油烃作为人为影响的指示指标。
