《Environmental Pollution》：Distribution, Source, and Pollution Risk Assessment of Heavy Metals in the Coastal Sediments of the Northern South China Sea
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本研究分析了北部南海五海灣118個沉積樣本中8種重金屬的污染特征，發(fā)現(xiàn)Zn、Cu、Mn為主要風(fēng)險因子，與工業(yè)及港口活動相關(guān)。通過多指標(biāo)評估顯示生態(tài)風(fēng)險低中度空間異質(zhì)，兒童累積敏感性較高，但非致癌風(fēng)險可接受。
溫宇|范玉清|陳慶華|楊靜|李欣|黃偉|岳坤|張柳毅|丁平|胡國成|余云江
生態(tài)環(huán)境部環(huán)境污染健康風(fēng)險評估重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，華南環(huán)境科學(xué)研究院，中國廣州510655
摘要
由于重金屬的持久性、生物累積性以及在環(huán)境條件變化下的再遷移能力，沿海沉積物中的重金屬污染對生態(tài)和人類健康構(gòu)成了潛在風(fēng)險。本研究分析了從中國南海北部五個代表性海灣采集的118個沉積物樣本中的八種重金屬（Cu、Mn、Zn、V、Cr、Ba、Be和Ti）。采用電感耦合等離子體-光學(xué)發(fā)射光譜法（ICP-OES）測定重金屬濃度。通過相關(guān)性分析、主成分分析（PCA）和正矩陣分解（PMF）等多元統(tǒng)計(jì)方法，闡明了這些重金屬的空間分布模式和來源貢獻(xiàn)。利用地質(zhì)累積指數(shù)（Igeo）、沉積物毒性程度（STd）和毒性當(dāng)量濃度（TEQ）等指標(biāo)評估了沉積物質(zhì)量和潛在毒性。結(jié)果表明，重金屬污染程度總體較低至中等，且海灣間存在顯著的空間異質(zhì)性。Zn、Cu和Mn被認(rèn)為是導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險的主要因素，這與工業(yè)和港口相關(guān)活動密切相關(guān)。人類健康風(fēng)險評估顯示，成人和兒童的非致癌風(fēng)險均可忽略不計(jì)（風(fēng)險指數(shù)HI < 1），盡管兒童的累積敏感性較高。總體而言，本研究提供了對中國南海北部沿海沉積物中重金屬的綜合性生態(tài)和健康風(fēng)險評估，為區(qū)域污染控制和可持續(xù)海岸管理提供了寶貴見解。
引言
重金屬污染已成為一個全球性的環(huán)境問題，因?yàn)檫@些污染物在水生生態(tài)系統(tǒng)中具有持久性、毒性和顯著的生物累積性。工業(yè)化的加速、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的擴(kuò)張以及沿海經(jīng)濟(jì)活動的加劇共同增加了海洋環(huán)境中的重金屬輸入，尤其是通過河口和海灣（?zbay等人，2025年）。一旦釋放，重金屬會通過沉淀和絮凝作用在沉積物中積累，成為長期的污染源和次級污染的潛在來源。沉積物中金屬的穩(wěn)定性對環(huán)境條件非常敏感；氧化還原電位、pH值和鹽度的變化可能導(dǎo)致它們重新進(jìn)入上層水體，從而加劇生態(tài)和人類健康風(fēng)險（Islam等人，2025年；Liu等人，2025年）。除了直接毒性外，重金屬還會在水生生物體內(nèi)積累。它們通過食物鏈傳遞的能力各不相同，某些金屬可能通過食物鏈放大效應(yīng)，最終通過海產(chǎn)品消費(fèi)對人類健康構(gòu)成風(fēng)險（Jiang等人，2014年；Wang等人，2026年）。
作為高度動態(tài)的陸海生態(tài)過渡帶，沿海地區(qū)在生物地球化學(xué)過程中起著關(guān)鍵作用，并具有很強(qiáng)的金屬吸附能力，因此成為污染物的天然匯。然而，這種匯功能也使它們特別容易受到人為輸入的重金屬積累影響。多項(xiàng)研究表明，全球沿海沉積物容易受到工業(yè)廢水、城市徑流和水產(chǎn)養(yǎng)殖活動的金屬富集影響（?z?eker等人，2025年；Ristea等人，2025年）。例如，在中國珠江口的研究中，發(fā)現(xiàn)Zn和Cu的濃度因工業(yè)和家庭排放而升高（Sun等人，2025年），而地中海和波羅的海的研究則強(qiáng)調(diào)了海上交通和沿海城市化對沉積物中金屬積累的顯著影響（El-Amier等人，2021年；Krek等人，2019年）。這些觀察結(jié)果強(qiáng)調(diào)了沿海金屬污染在各種地理和社會經(jīng)濟(jì)背景下的普遍性。盡管有大量相關(guān)研究，但大多數(shù)研究集中在高度城市化的河口地區(qū)，而像中國南海北部沿海的雷州灣這樣生態(tài)重要但工業(yè)化程度較低的海灣則相對較少受到關(guān)注。
中國南海北部沿海包括廣東省，是一個以沿海工業(yè)化程度高和海上水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)為特征的主要經(jīng)濟(jì)走廊。這些活動顯著增加了沿海沉積物中的重金屬積累（Kang等人，2024年）。盡管有許多研究關(guān)注珠江口的沉積物污染（Ye等人，2012年），但這條海岸線西部的海灣盡管生態(tài)重要性極高，卻得到的科學(xué)關(guān)注較少。特別是雷州灣擁有廣闊的紅樹林和珊瑚礁系統(tǒng)，提供了重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，但仍極易受到環(huán)境退化的影響。這類棲息地對人為干擾非常敏感，即使是局部的污染也可能對生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能產(chǎn)生不成比例的長期影響（Yadav等人，2023年）。
為填補(bǔ)這些研究空白，本研究建立了一個全面的評估框架，以表征中國南海北部沿海沉積物中的重金屬污染情況。系統(tǒng)地量化了八種金屬（Cu、Mn、Zn、V、Cr、Ba、Be和Ti）的濃度、空間分布、潛在來源以及相關(guān)的生態(tài)和人類健康風(fēng)險。與以往主要關(guān)注單個河口或單一海灣系統(tǒng)的研究不同，本研究在多個代表性海灣應(yīng)用了統(tǒng)一的分析框架，從而能夠直接進(jìn)行區(qū)域尺度的污染特征、來源貢獻(xiàn)和風(fēng)險相關(guān)金屬的比較。通過將化學(xué)分析與多元統(tǒng)計(jì)方法和概率健康風(fēng)險評估相結(jié)合，本研究識別了污染熱點(diǎn)，確定了自然來源和人為來源的相對貢獻(xiàn)，并為區(qū)域環(huán)境管理提供了基于證據(jù)的基礎(chǔ)。結(jié)果還為中國南海北部幾個生態(tài)重要但研究不足的沿海海灣提供了基線信息。
采樣地點(diǎn)
2022年12月和2023年7月期間，在中國南海北部的五個代表性海灣進(jìn)行了兩次野外調(diào)查（圖1）：湛江港（ZJG，20°98′–21°41′N）、西湛江（ZJX，20°17′–21°51′N）、雷州灣（LZW，20°61′–20°98′N）、水東灣（SDW，21°38′–21°51′N）和海陵灣（HLW，21°36′–21°78′N）。共設(shè)置了103個采樣點(diǎn)（圖1）。在某些站點(diǎn)采集了重復(fù)樣本以進(jìn)行質(zhì)量控制。
海灣沉積物中的重金屬濃度特征
在中國南海北部的沿海沉積物中檢測到了所有八種目標(biāo)重金屬，其平均濃度順序?yàn)椋篗n（375.84 mg/kg）> Ti（325.85 mg/kg）> Zn（58.88 mg/kg）> V（32.02 mg/kg）> Ba（28.03 mg/kg）> Cr（26.72 mg/kg）> Cu（13.18 mg/kg）> Be（1.00 mg/kg）（圖2）。為了評估金屬富集情況，將測量濃度與廣東省的區(qū)域背景水平進(jìn)行了比較（表S1）。Mn和Zn的濃度分別增加了1.35倍和3.40倍。
結(jié)論
本研究對中國南海北部沿海沉積物中的重金屬污染和毒性進(jìn)行了全面的危害評估。雖然大多數(shù)金屬的濃度接近自然背景水平，但Zn和Mn的局部富集（主要由工業(yè)排放和港口活動引起）導(dǎo)致了較高的生態(tài)風(fēng)險。通過Igeo、mPECQ、STd和TEQ的綜合評估，發(fā)現(xiàn)毒性程度較低至中等，但存在空間異質(zhì)性，其中HLW和ZJG的海灣毒性尤為明顯。
作者貢獻(xiàn)聲明
黃偉：驗(yàn)證工作。
李欣：撰寫、審稿和編輯。
張柳毅：撰寫、審稿和編輯。
岳坤：數(shù)據(jù)收集與調(diào)查。
胡國成：撰寫、審稿和編輯，數(shù)據(jù)管理，概念構(gòu)建。
丁平：資源協(xié)調(diào)。
余云江：撰寫、審稿和編輯，數(shù)據(jù)管理，概念構(gòu)建。
范玉清：初稿撰寫，驗(yàn)證工作。
溫宇：初稿撰寫，數(shù)據(jù)收集與調(diào)查。
楊靜：撰寫、審稿和編輯。
陳慶華：概念構(gòu)建。
利益沖突聲明
? 作者聲明他們沒有已知的可能影響本文研究的財務(wù)利益或個人關(guān)系。
致謝
本研究得到了中國國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2024YFC3713205）的財政支持。
本研究還得到了廣東省科技計(jì)劃（編號：2023B1212070031）的資助。
