人为活动对重金属动态的潜在影响：印度东南沿海水域的空间-时间分布及人类健康风险评估

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Potential Anthropogenic Influence on Heavy Metal Dynamics: Spatial-Temporal Distribution and Human Health Risk Assessment in Coastal Waters of Southeast India

　　• 评估了印度东南部五个沿海站点九种重金属的空间和时间分布。• 使用站点-月份组合观测数据来描述连续六个月内的重金属变化情况。• 应用皮尔逊相关性分析、主成分分析（PCA）、层次聚类分析（HCA）和方差分析（ANOVA）来评估金属之间的关联和空间模式。• 通过摄入、皮肤接触和筛查级吸入暴露情景来评估人类健康风险。• 多变量模式表明可能存在与来源相关的关联，但无法确定具体的来源分布。

引言
重金属（HMs）被认为是最持久和最危险的环境污染物之一，因为它们具有毒性、不可生物降解性、在环境中的持久性以及在水生生态系统中积累的能力（Pathak等人，2026年；Hossain等人，2025年）。与许多有机污染物不同，重金属不能降解为无害物质，因此会在环境中长期存在，并在水、悬浮颗粒、沉积物和生物体内不断迁移（Li等人，2025年，2026年）。它们的持久性允许通过生物积累和生物放大作用在水生食物网中逐渐积累，最终威胁生物多样性、生态系统功能和人类健康。在各种重金属中，镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）、镍（Ni）和钴（Co）被认为是优先污染物，因为即使在相对较低的浓度下也具有高毒性，并能引起慢性的生态和生理效应（Sharma等人，2025年；Alam等人，2023年；Yue等人，2025年）。因此，重金属污染已成为全球性的环境问题，并被认为是影响沿海和海洋生态系统可持续性的主要挑战之一（El-Sharkawy等人，2025年）。
沿海环境特别容易受到重金属污染，因为它们是接收来自陆地和海洋来源污染物的过渡带（Wang等人，2026年）。近几十年来，快速工业化、城市扩张、人口增长、港口发展、航运活动、旅游业和集约化农业显著增加了进入沿海水域的重金属输入量（Wijesinghe等人，2026年；Yue等人，2025年）。工业废水、富含化肥和农药的市政污水、防污涂料、燃料燃烧、疏浚作业和大气沉降是进入海洋环境的主要人为来源（Panda等人，2026年）。自然过程，包括岩石风化、河流输送、海岸侵蚀和沉积物再悬浮，也会增加背景金属浓度（Liu等人，2023年）。重金属污染可能产生严重的生态后果，因为这些元素会干扰水生生物的基本生物过程（Sharma等人，2023年）。尽管铜（Cu）、锌（Zn）、铁（Fe）和锰（Mn）是正常代谢功能所需的必需微量营养素，但高浓度下它们会变得有毒，并可能破坏酶活性、氧化平衡、生长、繁殖、免疫功能和新陈代谢（Aktar等人，2024年）。相比之下，Cd、Pb、Cr和Ni没有已知的生物功能，即使在相对较低的浓度下也具有毒性。在低营养级生物体内积累的重金属可以通过水生食物网传递（Gautam等人，2025年；Sharma等人，2025年）。
人类接触重金属的途径多种多样，包括饮用受污染的水和海鲜、休闲及职业活动中的皮肤接触，以及在沿海环境中吸入受污染的气溶胶或再悬浮颗粒（Beygisangchin等人，2026年）。长期暴露与许多不良健康效应有关（Li等人，2025年；Gautam等人，2025年）。儿童通常比成人更易受影响，因为他们体重较低、相对于体重摄入量较大、生理系统正在发育且吸收效率较高（Morales等人，2023年）。
印度东南部海岸，包括马纳尔湾和帕尔克湾，是该国生产效率最高和生态最重要的海洋区域之一。这一海岸线支持着广阔的珊瑚礁、海草草地、红树林生态系统、渔业资源、沿海旅游业和盐田产业，对地区生计和蓝色经济做出了重大贡献（Puthucherril等人，2025年）。同时，与港口运营、机械化捕鱼、航运活动、城市废水排放、农业径流和局部工业发展相关的人为压力增加了对沿海水域重金属污染的担忧（Oros等人，2025年）。尽管该地区具有生态和经济重要性，但对沿海表层水中多种重金属的综合评估仍然有限。特别是，很少有研究在同一表层水数据集中同时考察空间和时间浓度模式、潜在的来源关系以及特定途径的人类健康风险，尤其是在面临不同人为压力的沿海地区（Sanad等人，2025年）。
先前对印度东南部的研究记录了不同沿海环境中的金属污染情况，但这些研究通常在地理上分散，聚焦于个别地点、物质或选定的金属。例如，帕尔克湾的研究报告了商业重要鱼类中的金属积累，包括Cu、Cd、Co和Mn，表明沿海生物受到金属污染（Arulkumar等人，2017年）。泰米尔纳德邦东南部的研究也报告了沿海生物体内的高金属浓度，而普姆普哈尔、蓬迪切里-卡杜卡洛尔和卡尔帕卡姆的研究提供了具体的金属污染证据（Thiyagarajan等人，2012年；Jayaprabha等人，2014年；Biswas等人，2012年；Adani等人，2022年）。最近，对东海岸的更广泛评估也报告了几种金属浓度的升高，但这些研究在采样地点、环境物质和金属组合方面存在差异（Lakshmanna等人，2022年）。总体而言，这些研究证实了印度东南部海岸金属污染是一个重要问题；然而，对于面临不同人为压力的沿海表层水中多种金属的综合评估仍然有限。特别是，很少有研究结合空间和时间金属分布与多变量来源关系评估以及使用共同表层水数据集进行的特定途径的人类健康风险评估。本研究通过评估六个连续月份内五个沿海站点的九种重金属（Cu、Pb、Cd、Cr、Ni、Co、Mn、Zn和Fe），并将描述性和推断统计方法与皮尔逊相关性分析、主成分分析（PCA）、层次聚类分析（HCA）和人类健康风险评估相结合，填补了这一空白。本研究旨在提供金属存在和潜在人类健康影响的综合描述，同时认识到仅凭统计关联无法确定污染源。

研究区域
本研究在印度东南部海岸进行，包括泰米尔纳德邦海岸线的马纳尔湾和帕尔克湾，这两处都属于孟加拉湾的一部分（图1）。这一生态重要的沿海区域支持多样的海洋栖息地，包括珊瑚礁、海草草地、红树林生态系统和与浅大陆架相关的生产力丰富的渔场。然而，不断增加的人为活动对该地区的表层水中的重金属浓度造成了相当大的压力。

数据展示
图2显示了孟加拉湾沿海水域中Cu、Pb、Cd、Cr、Ni、Co、Mn、Zn和Fe的重金属浓度平均值，而图3展示了2024年12月至2025年5月期间五个采样点的月度监测结果。在测量的金属中，Ni的平均浓度最高（9.12毫克/升），其次是Cr和Co（各2.20毫克/升），Zn（1.99毫克/升），Pb（1.98毫克/升），Fe（1.72毫克/升），Mn（1.41毫克/升），Cu（1.28毫克/升），Cd（...

人类健康风险评估
人类健康风险评估（HHRA）评估了接触Cu、Pb、Cd、Cr、Ni、Co、Mn、Zn和Fe的潜在非致癌和致癌风险。主要暴露途径包括摄入、皮肤接触和吸入。计算中使用的暴露参数、基于人口的假设、单位和毒理学参考值确保了结果的再现性（表S2和S3）。

重金属在水中的皮尔逊相关性矩阵
金属之间的相关性提供了它们在空间和时间行为上的相似性，可能反映了共同的环境控制因素或同时发生的输入（Miranda等人，2021年；Dheeraj等人，2024年）。然而，仅凭相关性无法确定共同的来源，因为类似的模式可能是由水动力混合、共输送或盐度、pH值、悬浮颗粒和其他物理化学过程的变化引起的。因此，观察到的相关性被解释为...

政策意义
研究结果强调了继续监测印度东南部沿海水域中重金属的必要性，特别是在那些受到强烈沿海活动、城市活动和港口相关影响的地区。从预防性环境管理的角度来看，加强废水处理、改善雨水和径流管理以及有效控制沿海和港口活动有助于减少金属污染物的引入和重新分布。

优势与局限性
本研究的主要优势是在六个连续月份内对五个沿海地点的表层水进行了系统的每月采样，提供了空间覆盖和短期的时间分辨率。同时评估九种重金属，并结合皮尔逊相关性分析、主成分分析（PCA）、层次聚类分析（HCA）和人类健康风险评估（HHRA），提供了金属存在和分布模式的综合筛查级评估。

结论
本研究对印度东南部五个代表性地点的沿海表层水中九种重金属进行了六个月的综合评估。结果显示了金属浓度的明显空间和短期时间变化，尽管采样点之间的差异在统计上并不显著。Ni是最主要的金属，平均浓度为9.12毫克/升，其次是Cr和Co（各2.20毫克/升），Zn...

未引用参考文献
Akhavanfard等人，2025年；Alam等人，2023年；Ali等人，2021年；Alongi，2021年；Al-Qaysi等人，2025年；Barton等人；Butnariu等人，2022年；Dheeraj等人，2024年；El-Sorogy等人，2023年；Garg等人，2025年；Generalova等人，2025年；Hassaan等人，2025年；Hossain等人，2021年；Hossain等人，2025年；Islam等人，2021年；Jomova等人，2025年；Kubra等人，2022年；Leal等人，2023年；Li和Gao，2026年；Looi等人，2021年；Madjar和Vasile Sc?ae?eanu，2025年；Miranda等人，2021年；Mondal等人，2026年；数据可用性
支持本研究结果的数据可应要求从相应作者处获取。

声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

伦理批准
不适用。

参与同意
不适用。

出版同意
不适用。

动物伦理
本研究未涉及对人类或动物的实验。

资金声明
本研究未获得公共、商业或非营利部门资助机构的任何特定资助。

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。