中国南海岸线潮间带沉积物中微量元素的生态风险

《Regional Studies in Marine Science》：Ecological risks of trace elements in intertidal sediments from the coastline of southern China

　　**摘要**- 刻画了中国南部广东沿海106个潮间带沉积物样品中15种金属和类金属元素的空间分布特征。- 发现西部沿海地区及珠江口的负荷较高。- 量化了广泛存在的硒富集和以镉为主导的潜在生态风险。- 尽管综合毒性较低，但在44.3%的样品中检测到了砷超过。- 发现总有机碳和总氮是与金属和类金属元素最一致相关的变量。**引言**潮间带连接陆地和海洋环境，在沿海生物地球化学循环、栖息地提供和生态系统功能中发挥着重要作用。河流径流、大气沉降、市政和工业废水以及水产养殖的输入可能会将污染物引入这些环境，使其容易受到污染物积累的威胁（Li等，2018；Xie等，2019；Lu等，2021）。这些污染物中，金属和类金属元素尤为令人担忧，因为它们会在环境中持续存在，在高浓度下可能产生毒性，并可进入水生食物网（Chifflet等，2023）。其在溶解态和颗粒态之间的分布受吸附、沉淀、络合以及与氧化还原条件变化相关的转化的影响（Delshab等，2017）。因此，潮间带沉积物是重要的地球化学汇，保留了随时间推移的污染物输入信息（Gu和Lin，2016；Ayd?n等，2023）。因此，了解其积累和潜在生态风险对于评估沿海环境质量和改善污染管理至关重要。以往在河流、河口、泻湖和沿海水域的研究表明，沉积物中金属的积累可能受到自然风化、人类活动、淡水输入、沉积物特性和水动力输运的影响。由于元素浓度本身无法完全表征污染或生态风险，评估通常结合污染指数和富集指数、沉积物质量指导值、生态风险指标和多变量统计分析（Kabir等，2020；Ayd?n等，2023；Islam等，2023）。近期的一项定量综合分析进一步表明，不同水生环境中金属积累的规模和生态意义存在显著差异，支持了同时评估多种元素和风险指标的需要（Shammi等，2024）。类似地，跨更广泛沿海区域的研究表明，污染在不同区域之间存在差异，而个别采样点也可能形成独特的污染热点（Varol等，2025）。这些发现表明，区域平均值可能会掩盖局部污染热点，凸显了同时评估区域模式和个别站点变异的必要性。在中国，珠江口、长江口、渤海湾及若干潮间带系统的主要河口和沿海环境已开展了金属污染研究（Pan和Wang，2012；Zhao等，2019）。1980年至2020年间发表的研究综合分析了沿海省份在人为金属负荷上的显著差异，并将其与区域工业发展和社会经济状况联系起来（Liu和Yu，2022）。然而，许多研究集中于少数常规金属或单个河口。涉及更广泛元素范围的比较仍有限。此外，金属和类金属元素与整个海岸线观察到的环境因素之间的关系在各个区域内是否保持一致仍不清楚。中国南部的广东沿海为回答这些问题提供了合适的背景，因为它的潮间带环境受到河流径流、城市发展、工业活动、港口运营和集约化水产养殖的影响（Shi等，2021）。珠江口从高度发达的流域接收大量陆地输入，此前研究已报告其沉积物中几种微量金属的富集（Ip等，2004；Ip等，2007）。珠江口东西两侧的沿海地区在流域特征、人类活动、水动力条件和沉积物特性上也有所不同，可能产生不同的元素积累和生态风险模式。尽管珠江口和大亚湾等特定地点的污染已被研究（Ip等，2007；Zhou等，2021），但采用一致的采样和分析框架对西海岸、河口和东海岸进行比较的研究仍然有限。为了弥补这些空白，我们测量了广东沿海五个潮间带区域106个表层沉积物样品中的15种（Al、Cr、Tl、Mn、Ag、Fe、Se、Co、Zn、Ni、Cu、As、Mo、Cd和Pb）。研究目标为：(1)比较沿海区域之间的浓度和组成，识别局部污染热点；(2)使用互补的评估指标评估元素污染、富集、总体污染负荷、潜在生态风险和潜在生物效应；以及(3)考察所有样品和各个区域内浓度与环境因素之间的关联。通过区分区域污染模式和局部变化，本研究确定了监测的优先元素和地点，并为改善沿海和河口环境的污染管理提供了依据。**研究区域**研究区域位于中国南部广东省沿海，涵盖了珠江口两侧各种潮间带环境，地理范围大约从北纬21.761°到22.829°、东经112.417°到114.824°。该地区具有湿润的亚热带季风气候，年降水量约1600–2000毫米，降雨和河流径流季节性变化显著（Hou等，2020）。珠江的淡水径流……**金属和类金属元素浓度及多变量空间模式**15种金属和类金属元素在整个研究区域的潮间带沉积物中表现出显著的空间异质性（图2；图S1；表S4）。总体而言，大多数金属和类金属元素在西海岸地区R1和R2以及珠江口地区R3中的浓度相对较高，而东海岸地区R4和R5的浓度较低。主成分分析进一步揭示了区域间整体元素组成的差异，同时也存在一定重叠（图3a）。PERMANOVA证实了显著的区域……**结论**广东沿海潮间带沉积物中的金属和类金属元素污染在区域和采样点之间表现出显著差异。R1、R2和R3的平均污染负荷相对较高，而在平均污染较低的区域也出现了孤立的热点。金属和类金属元素的综合潜在毒性总体较低，但硒的广泛积累、镉对潜在生态风险的主导贡献以及砷频繁超过均需要特别关注……**资金支持**本工作得到了科学与技术基础资源调查计划（批准号2023FY100803）、国家自然科学基金（批准号42176116和41576126）、广东省科技计划项目（批准号2021B1212050023）、广东省基础与应用基础研究重大专项（批准号2019B030302004）、中国科学院南海海洋研究所青年科技基金（批准号NHXX2019ST0101）以及重点项目……的资助。**作者贡献声明**- Li Zhang：写作——审阅与编辑、资源、构思。- LeLe Lei：写作——审阅与编辑、监督。- Sijun Huang：写作——审阅与编辑、监督、资源、项目管理、方法论、资金获取、数据整理、构思。- Lijuan Long：写作——审阅与编辑、监督、资金获取、构思。- Sen Du：调查。- Yanyan Zhou：写作——审阅与编辑、调查。- Chunshan Li：调查。- Chen Qiu：……**利益冲突声明**作者没有相关的财务或非财务利益需要披露。**致谢**感谢中国科学院南海海洋研究所热带海洋学国家重点实验室及仪器管理员程远远为实验设施及沉积物碳、氮含量分析提供协助。此外，沉积物粒度数据在中国科学院城市环境研究所城市污染物转化重点实验室胡安伊教授的协助下获得。**作者列表**Furun Li | Yanyan Zhou | Sen Du | Chen Qiu | Chunshan Li | LeLe Lei | Li Zhang | Lijuan Long | Sijun Huang