韦拉克鲁斯中部地区沙滩潮间带间隙水中的总烃（Total Hydrocarbons）

《Earth》：Total Hydrocarbons in Intertidal Interstitial Water of Sandy Beaches of the Central Region of Veracruz

　　

摘要：韦拉克鲁斯中部地区（Central Region of Veracruz，CRV）的沙滩面临来自港口和城市活动的持续人为压力。本研究旨在评估CRV五个沙滩潮间带间隙水中总烃（total hydrocarbon，TH）的浓度，并分析其随深度（15和30 cm）和季节性（北风季、旱季和雨季）的变化。TH测定采用气相色谱-火焰离子化检测法（gas chromatography-flame ionization detector，GC-FID），遵循NMX-AA-117-SCFI-2001和NOM-138-SEMARNAT/SSA1-2012标准。结果显示，浓度范围为0.86至6.53 μg L^?1。研究识别出显著的空间差异（p < 0.05）；Antepuerto海滩因靠近港口而呈现最高水平，而Farallón海滩浓度最低，证实其作为参考点位的作用。深度和季节方面未检测到显著变化（p > 0.05），表明与持续人为输入相关的时间稳定性。尽管这些水平符合墨西哥法规，但TH的持续存在对底栖生物群和韦拉克鲁斯珊瑚礁系统（Veracruz Reef System，SAV）的完整性构成潜在风险。本研究为加强墨西哥湾沿海生态系统管理策略提供了关键基线。

**韦拉克鲁斯中部沙滩潮间带间隙水中总烃的分布特征与生态风险：一项多季节、多深度的系统评估**

**1. 研究背景与科学问题**

墨西哥湾因其沿海系统的异质性而具有高度的生态和经济重要性。韦拉克鲁斯海岸（Veracruz coast）的环境多样性促进了与港口、工业和旅游活动相关的城市定居点的发展。特别是在韦拉克鲁斯中部地区（Central Region of Veracruz，CRV），这些活动对沙滩造成了持续的人为压力。沙滩作为动态生态系统，提供关键的生态系统服务，是旅游和休闲生产的要素，也是多种物种筑巢、觅食和繁殖的重要场所。然而，Punta Gorda至Antón Lizardo之间的海岸线存在防波堤，这些结构通过消散波浪能量改变了自然的沉积动力学，有利于细颗粒物质和淤泥的沉积，从而增加了这些地点污染物累积的脆弱性。在沿海形态中，潮间带构成了受潮汐、波浪和海流控制的陆-海过渡环境。在CRV中，该区域受到结构性改造的影响，其自然净化能力已被削弱。在此背景下，总烃（total hydrocarbons，TH）作为污染的关键指标浮现出来，其来源包括自然渗漏、事故性泄漏、城市径流、废水和海军活动。TH在海洋环境中的动力学十分复杂：尽管某些化合物可被微生物降解，但持久性组分与悬浮颗粒结合、絮凝并沉降到水-沉积物界面。一旦整合到间隙流体中，这些污染物变得具有生物可利用性，具有在底栖生物脂质组织中生物累积的高潜力，并对人类健康构成潜在风险。近期研究表明，城市化沿海地区的TH表现出高度的时空变异性，与陆基排放和港口活动相关。间隙流体中TH的存在尤为重要，因为该基质充当沉积物与水柱之间的交换介质。此前在CRV的研究已识别出点源和非点源污染，包括废物沉积、暴雨径流和与港口及城市增长相关的废水排放。尽管已有研究评估了该区域潮间带沉积物中的微塑料梯度，但关于这些沙滩间隙水中TH季节性变异的信息仍然缺乏。因此，本研究旨在评估CRV五个沙滩潮间带间隙水中TH的浓度，分析其随深度（15和30 cm）和气候季节（北风季、旱季和雨季）的变化，以建立基线数据，为加强这些沿海生态系统的管理和保护策略做出贡献。

**2. 研究设计与技术方法**

本研究在韦拉克鲁斯中部地区的五个沙滩开展：Antepuerto（韦拉克鲁斯港）、Villa del Mar（韦拉克鲁斯）、Mocambo（Boca del Río）、Arroyo Giote（Alvarado）和Farallón（Actopan），后者作为参考点位。站点选择基于其与韦拉克鲁斯港的距离、人为压力程度和所承受的海洋动力学特征。潮间带根据上、中、下潮区进行划分，该区域受半日潮汐制度控制。采样于2月、5月和9月进行，选择潮汐变化最小的日子，时间在上午6：00至11：00之间。在每个沙滩建立三个垂直于海岸线的横断面，间距5 m，每条横断面上设置三个对应潮间带界限的站点。在两个深度（15和30 cm）采集两份50 mL间隙水样品，共获得90个样品（每沙滩18个）。间隙水通过金属取芯器提取沉积物柱状样获得。样品在实验室按照NMX-AA-117-SCFI-2001标准保存，使用盐酸（hydrochloric acid，HCl）溶液调节pH至≤2，并在4°C下冷藏保存直至分析。分析前，样品经真空泵和55 mm玻璃微纤维滤膜过滤以去除悬浮固体。TH的定量采用配备火焰离子化检测器的气相色谱法（gas chromatography-flame ionization detector，GC-FID，Thermo Scientific?），使用外标法并构建六浓度水平（0.5至50 mg/L）的校准曲线。样品提取进行重复操作（n = 2），检测限和定量限根据校准曲线斜率确定，约为0.05–0.10 mg/L。统计方法包括：采用Kolmogorov–Smirnov检验评估数据正态性，Levene检验验证方差齐性（F = 0.274，p = 0.761），Student's t-test比较深度间差异，单因素方差分析（ANOVA）评估沙滩和季节间变异性，Tukey多重比较检验识别组间具体差异，显著性水平设为α = 0.05，使用Statistica 8.0和Microsoft Excel软件进行分析。

**3. 研究结果**

**3.1 深度变化**

在雨季，15 cm深度处的平均TH浓度与其他季节相比略有增加。相反，在30 cm深度处，雨季的浓度往往高于其他评估季节。然而，深度之间未观察到统计学显著差异（Student's t-test，p > 0.05），表明在所评估的尺度上，TH浓度的变化不依赖于采样深度。数据在两个深度均显示出中等离散度，最小值接近零，最大值大于5 μg L^?1，反映了潮间带系统内烃类分布的不均匀性，深度之间的四分位距和中位数存在重叠。

**3.2 时间变化**

气候季节之间未观察到TH浓度的统计学显著差异（ANOVA，p > 0.05），表明研究期间记录的水平具有相对的时间稳定性。尽管各采样季节之间存在一些变化，但这些变化未遵循与任何特定季节相关的一致模式。总体而言，雨季浓度有轻微增加趋势，但该差异未达到统计学显著水平。北风季和旱季记录的浓度值相同，表明这两个时期之间没有时间变化。

**3.3 沙滩间空间变异性**

在空间层面，各沙滩之间的TH浓度存在统计学显著差异（ANOVA，p < 0.05）。Antepuerto沙滩浓度最高，达到6.53 μg L^?1，而Farallón浓度最低，体现出站点间的明显对比。多重比较分析（Tukey，p < 0.05）表明，Farallón的浓度显著低于Antepuerto、Villa del Mar、Mocambo和Arroyo Giote，而后四者之间未检测到显著差异。沙滩与季节的交互作用分析显示，Farallón在所有季节均保持一致的较低浓度（p < 0.05），而其他沙滩无论一年中的何时均呈现相似值。

**3.4 系统总体趋势**

总体而言，结果表明空间变异性对TH分布的影响大于时间和深度变异性。最高浓度与城市和港口活动较多的地点相关，而最低值对应于人为干预较少的区域，展示了与环境压力相关的梯度。

**4. 讨论与结论**

**4.1 地貌与人为活动的影响**

Farallón沙滩在所有季节和深度均呈现最低TH浓度（0.86至1.34 μg L^?1），这与其低人为压力水平和高水动力动力学相关，后者增强了水体分散和更新能力。Antepuerto沙滩记录了最高TH浓度（30 cm深度达6.53 μg L^?1），其邻近韦拉克鲁斯港的位置以及该区域密集的海事、城市和工业活动构成了TH的重要来源。防波堤等基础设施的存在改变了物质的自然分散，有利于TH与细颗粒结合并沉降。Villa del Mar沙滩呈现中等浓度（2.28至2.62 μg L^?1），主要受密集旅游和娱乐活动影响。Mocambo沙滩浓度中等（2.07至2.88 μg L^?1），虽受适度旅游活动影响，但距港口的距离部分减少了工业活动的直接影响。Arroyo Giote沙滩浓度相对较低（1.83至2.79 μg L^?1），与较低的城市化程度和有限旅游及海事活动相关。

**4.2 时间动力学与陆源贡献**

尽管季节间未发现总体统计差异，但雨季15 cm表层浓度的增加趋势暗示了点源污染的存在。这一现象与陆源径流事件作为污染物向韦拉克鲁斯沿海生态系统输送主要途径的发现一致。雨季TH的增加表明城市区域径流将油类和燃烧残留物携带至潮间带。然而，30 cm深度值的相对稳定性可能归因于沉积物基质内的过滤和滞留过程，烃类因其低水溶性而倾向于持续存在。这种动态与沿海城市中“初次冲刷”现象一致。TH输入不对严格季节性做出响应，而是响应于与径流事件相关的偶发性污染脉冲。

**4.3 环境意义与SAV风险**

TH在间隙水中的持续存在促进了其对底栖生物群的可利用性。由于这些沙滩作为过渡区域，污染物的滞留对该区域的物理化学稳定性构成风险。与沉积物和间隙水相关的污染物代表底栖生物的关键暴露途径，促进其在食物网中的累积和转移。这种污染物向邻近珊瑚礁构造的输送可能损害珊瑚健康。近期研究表明，低浓度TH的慢性暴露可对海洋生物产生负面影响，包括代谢改变、氧化应激和生殖过程受损。这些效应即使在浓度未超过法规限值时也可能发生，突显出法规标准并不总能反映实际生态风险。

**4.4 与以往研究的比较**

靠近港口、城市区域和旅游活动密集区域的区域由于点源和移动源的持续输入而呈现较高TH浓度。Antepuerto沙滩的浓度与港口区域海洋沉积物中观察到的累积情况一致。高人为压力沙滩的烃类化合物浓度高于城市化程度较低的沙滩。Farallón沙滩观察到的较低浓度与低人为干预和高水动力活性沙滩的研究结果一致，其中水体和沉积物的持续交换有利于污染物分散。地貌特征和沿海环流在TH的分布和持久性中发挥重要作用。

**5. 研究结论**

对韦拉克鲁斯中部地区沙滩潮间带间隙水中TH浓度的分析揭示，空间变异性是控制其分布的主要因素，与人为干预程度密切相关。靠近城市和港口区域的沙滩表现出较高的TH浓度，而参考点位则呈现较低且更稳定的水平。相反，深度和季节性未显示出显著影响，表明潮间带系统中的烃类响应于持续和局部的输入，而非主导的时间或垂直过程。这一行为表明该动态受持续污染源和沿海水动力控制。尽管目前没有针对间隙水中TH的特定墨西哥法规标准，但这些化合物的持续存在反映了所研究沙滩上持续的人为影响。即使浓度相对较低，持续暴露也可能对底栖群落产生长期生态效应，强调持续环境监测和沿海生态系统管理的必要性。本研究为热带沿海系统的环境监测提供了相关基线，突出了将不仅考虑浓度水平、还考虑污染物持久性和长期生态效应的评估方法纳入监测计划的必要性。这些结果加强了将非常规基质（如间隙水）中的污染指标整合到墨西哥湾环境监测计划中的重要性。该论文发表于《Earth》。