《Marine Pollution Bulletin》：Bioavailability-based ecological risk assessment of metals in coastal sediments from industrial bays in South Korea: Insights from geochemical fractionation and source identification
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•金海湾的金属浓度及生态风险最高。•镉和锰的可交换性分数较高，表明其生物可利用性较强。•非残留组分分析能更有效地区分污染源。•工业排放和港口活动是主要污染源。•在四个工业海湾中，镉是主要的生态威胁物质。引言金属是自然系统和人工系统中的重要组成部分，具有不同的环境重要性（IARC，
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金海湾的金属浓度及生态风险最高。
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镉和锰的可交换性分数较高，表明其生物可利用性较强。
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非残留组分分析能更有效地区分污染源。
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工业排放和港口活动是主要污染源。
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在四个工业海湾中，镉是主要的生态威胁物质。
引言
金属是自然系统和人工系统中的重要组成部分，具有不同的环境重要性（IARC，2012）。在各类金属中，重金属因其高密度以及在环境和生物系统中的持久性而备受关注。这类金属难以降解、具有生物累积性，且在低浓度下就会产生毒性（Ali等人，2019）。镉、铬、铜、镍、铅和锌属于有毒重金属，因为它们可通过氧化还原反应直接生成活性氧物质，或破坏抗氧化防御系统，从而引发细胞损伤，导致肾功能障碍、心血管疾病和神经退行性疾病等多种疾病（ATSDR，2024；Jomova等人，2025）。类金属砷也因具有较高的毒性和与重金属相似的环境特性而被视为重金属（Hettick等人，2015）。随着工业活动的广泛开展和城市化进程的加速，重金属以及铝、铁等其他金属元素被大量释放到各种环境中（Ali等人，2019）。这些污染物在环境中的持久性及其潜在的健康风险促使人们对其开展全面的污染评估。因此，多介质环境中的金属污染问题已得到广泛研究（Cho等人，2023；Cho等人，2025；Kumar等人，2019；Porru等人，2024；Varol，2011）。
金属一旦被释放并沉积下来，会通过物理化学反应以不同的化学形态和结合状态存在（Eren等人，2021）。这些地球化学组分决定了金属的移动性和生物可利用性。那些移动性高且生物可利用性强的金属很容易通过点源和非点源污染进入水生环境，对水体造成危害（Cojoc等人，2024）。在水生环境中，沉积物通过吸附、解吸和再悬浮等过程既可作为金属的储存库，也可成为其来源，其作用很大程度上取决于金属化学形态的移动性（Miranda等人，2021）。作为水生系统中金属的主要储存场所，沉积物及其与上层水的交界处是控制金属长期命运和生态风险的重要界面（Zhou等人，2020）。
目前，评估沉积物中金属污染程度最常用的方法是单一提取法，即通过一步酸消化来测定可酸提取的金属浓度（Chung等人，2017）。然而，这类方法并未考虑金属的化学形态，因此无法准确评估其生物可利用性及相关的生态风险（Moore等人，2015；Nelson，2020）。相比之下，序列提取法通过一系列选择性试剂将金属分为不同类型的地球化学组分，即可交换性组分、可还原性组分、可氧化性组分和残留组分，分别对应碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、硫化物和有机物结合态以及岩生成分态，从而为了解金属的移动性和生物可利用性提供依据（Liu等人，2018；Nemati等人，2011）。因此，要更准确地评估沉积物中的生态风险，就需要同时考虑金属浓度和地球化学组分。这一点尤为重要，因为那些主要以残留（岩生成分）形态存在的金属，即便总浓度很高，其生物可利用性风险也可能较低；而那些富集在非残留组分中的金属，即使总浓度相对较低，仍可能保持生物可利用性并带来生态风险。目前已有多种序列提取方案被用于评估金属的移动性和生物可利用性（Rauret等人，1999；Tessier等人，1979；Usero等人，1998）。其中，由国际参考标准局（现名为标准、测量与测试计划）制定的改良BCR四步法是目前国际上应用最广泛的沉积物分析标准，因为它能够划分出明确的地球化学组分，并配有经过认证的参考物质用于质量控制（Rauret等人，1999）。在韩国，序列提取法已被应用于黄海倾倒场、安养河、锦湖江、洛东江、舒津河和太和江等水域的沉积物分析中（Jung等人，2019；Lee等人，2003；Kim等人，2010；Magalie等人，2021；Yang等人，2021；Shin等人，2021）。不过，以往的研究大多集中在河流、河口或特定的倾倒场所，对于韩国工业化沿海地区的研究仍然较为有限。
工业活动和城市化进程导致的金属排放已在沿海沉积物中积累（Song和Choi，2017）。沿海地区的工业集群使得污染程度不断升高，由于海洋环境和生态系统遭受了严重破坏，韩国海洋水产部已将1172平方公里的海域划为特殊管理海域（Hwang等人，2016）。这一管理机制与美国划定的重点关注区域框架在概念上类似（Hartig等人，2020）。该管理机制涵盖了沿海区域及其周边的陆地区域，旨在实现全面的污染控制和环境修复。在特殊管理海域中，东南海洋工业区包括光阳、金海、釜山和蔚山这四个大型海湾，那里分布着众多大型工业设施。据报道，这些区域的金属污染水平要高于其他沿海地区（Cho等人，2015；Jeong等人，2020；Ra等人，2011；Ra等人，2014）。在韩国的沿海研究工作中，由于该国尚未制定针对海洋沉积物质量的国家标准，因此通常是通过将金属总浓度与背景值或国际沉积物质量标准进行比较来评估金属污染情况。对于东南海洋工业区中被划为特殊管理海域的四个工业海湾，就有必要采用结合地球化学组分分析和基于生物可利用性的生态风险指数的综合评估方法。
本研究旨在评估韩国东南部主要工业海湾（光阳、金海、釜山和蔚山）沿海沉积物中金属的污染状况及潜在生态风险。本研究的具体目标包括：（1）调查这四个海湾中11种金属的浓度及空间分布情况；（2）通过序列提取法分析这些金属的地球化学组分；（3）识别污染特征及潜在污染源；（4）利用污染指数评估其生物可利用性带来的生态风险。
章节要点
研究区域与样本采集
东南海洋工业区的光阳、金海、釜山和蔚山海湾遍布各种工业集群、港口和污水处理厂（见补充资料中的图S1）。光阳拥有韩国第二大钢铁厂，此外还有石化及化肥制造企业。在金海，造船和机械制造是当地的主要产业。而该地区最大的港口则位于
浓度水平与空间分布
光阳地区Σ11种金属的浓度范围为45.5至91.3克/千克，平均值为72.3克/千克；金海地区为77.8至107克/千克，平均值为92.0克/千克；釜山地区为26.0至90.1克/千克，平均值为63.8克/千克；蔚山地区为13.2至82.1克/千克，平均值为60.6克/千克（见表S8）。由于铝和铁是地壳中含量极为丰富的元素，因此其浓度以克/千克为单位表示，而其余九种金属（砷、镉、铬、铜、锰、镍、铅、钒和锌）的浓度则以毫克/千克为单位表示。各类金属的总含量
结论
本研究对韩国东南海洋工业区四个工业海湾（光阳、金海、釜山和蔚山）的沿海沉积物中的金属浓度、地球化学组分、污染源以及生物可利用性生态风险进行了全面评估。与其他三个海湾相比，金海湾的金属总浓度最高。通过地球化学组分分析可以区分出以残留组分为主的岩生成分金属与其他类型的金属
作者贡献说明
In-Gyu Cho：撰写原始稿件、数据整理、概念构思。 Min-Jae Jo：正式数据分析。 In-Seok Lee：项目管理。 Sung-Deuk Choi：撰写修改稿、监督工作及项目管理。
关于写作过程中使用生成式AI及AI辅助技术的声明
在撰写本文时，作者使用了ChatGPT（OpenAI）和Claude（Anthropic）工具来提升文本的语言表达质量和可读性。在使用这些工具之后，作者对内容进行了必要的审阅和修改，并对最终发表文章的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明自己不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
本研究得到了韩国海洋科学技术振兴院的资助（项目编号：KIMST-20220534）。
In-Gyu Cho|Min-Jae Jo|In-Seok Lee|Sung-Deuk Choi
