《Marine Pollution Bulletin》：Underwater waste detection via quadruple neutrosophic image enhancement for marine environmental monitoring
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海藻和海草作為生物指示劑監(jiān)測安達(dá)曼海海岸區(qū)重金屬污染，計算Igeo、EF、MPI和BCF指數(shù)，發(fā)現(xiàn)砷和鎘為主要污染物，與農(nóng)藥、除草劑及污水排放相關(guān)，Thalassia hemprichii和Padina sp.具較高生物富集潛力。
Sindy Phetcharat|Jeong Ha Kim|Jaruwan Mayakun
宋卡王子大學(xué)理學(xué)院生物科學(xué)系，泰國宋卡府哈蒂艾
摘要
人類活動常常導(dǎo)致沿海生態(tài)系統(tǒng)的重金屬污染。本研究探討了海藻和海草作為重金屬污染及沿海生態(tài)系統(tǒng)狀況生物指示物的潛力。研究基于生態(tài)指數(shù)的計算，包括地球累積指數(shù)（Igeo）、富集因子（EF）、金屬污染指數(shù)（MPI）和生物濃縮因子（BCF）。從安達(dá)曼海沿岸三個不同受干擾的區(qū)域采集了表層沉積物和大型植物樣本。根據(jù)Igeo、EF和MPI的結(jié)果，利邦島的沿海沉積物顯示出大部分重金屬的中等污染程度，而利迪島和唐肯灣的沿海沉積物則顯示出低至中等程度的污染。在所有研究區(qū)域中，最常見的重金屬是砷（As）和鎘（Cd），這可能是由于來自陸地的除草劑、農(nóng)藥和污水的排放。研究結(jié)果表明，海藻和海草物種之間的重金屬生物累積程度存在差異，即使在同一區(qū)域發(fā)現(xiàn)的海藻和海草，其累積水平也因BCF值而異。研究發(fā)現(xiàn)，Thalassia hemprichii海草和Padina屬海藻可以作為研究區(qū)域內(nèi)重金屬污染的有希望的生物指示物。未來的研究應(yīng)重點探討重金屬污染對它們形態(tài)和生理的影響。
引言
沿海開發(fā)和工業(yè)活動直接將廢水和固體廢物排放到生態(tài)系統(tǒng)中（Rangel-Buitrago和Gracia，2024年）。這些排放的污染物可能含有對海洋生物和人類健康有害的重金屬，并在生態(tài)系統(tǒng)中持續(xù)累積（Ali和Khan，2018年；Bonanno等人，2020年）。累積的重金屬隨后可能傳遞到更高的營養(yǎng)級。重金屬的分布及其毒性受pH值、鹽度和吸附過程等環(huán)境因素的影響（Buccolieri等人，2006年；Miao等人，2020年），但僅監(jiān)測沉積物和周圍海水中的重金屬污染不足以進(jìn)行準(zhǔn)確的生態(tài)風(fēng)險評估（Ali等人，2011年）。
目前，沿海地區(qū)的重金屬評估通常使用海藻和海草作為生物指示物（Jeong和Ra，2022年；Sundhar等人，2024年；Ismail等人，2025年）。這些水生植物能夠有效反映生態(tài)系統(tǒng)狀況以及重金屬污染對食物網(wǎng)的影響（Pouil等人，2018年），因為它們會積累銅（Cu）、鋅（Zn）、鎳（Ni）等重金屬，而這些元素在較高濃度下會對它們產(chǎn)生毒性（Robinson等人，2006年；Kabata-Pendias和Szteke，2015年）。海藻和海草通過不同的途徑在其組織中吸收和積累元素，并表現(xiàn)出不同的耐受性（Bonanno等人，2020年）。海草具有復(fù)雜的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，如硫酸化多糖和纖維素，可用于結(jié)合離子和金屬吸收（Brito等人，2016年），而海藻則直接從周圍水中吸收重金屬（Sun等人，2019年）。這些差異反映了每種植物類型對其環(huán)境的適應(yīng)，影響了它們作為沿海金屬污染生物指示物的作用（Li等人，2023年）。因此，它們可以用于評估生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險并減少沿海地區(qū)的污染（Al-Homaidan，2007年；Besada等人，2009年）。
泰國南部瀕臨泰國灣和安達(dá)曼海，海岸線長度為3148公里（Lange等人，2019年）。該海岸線面臨水產(chǎn)養(yǎng)殖、過度捕撈、工業(yè)發(fā)展、廢水排放、無序的沿海開發(fā)、海上活動以及大規(guī)模旅游等重大壓力（Lange等人，2019年）。在泰國灣沿岸的沉積物中檢測到了鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、汞（Hg）和砷（As）等金屬元素；而在安達(dá)曼海則檢測到了鋅（Zn）、鎘（Cd）、鐵（Fe）、銅（Cu）、鈷（Co）、鉛（Pb）、錳（Mn）、錫（Sn）和鎳（Ni）（Jaileak和Akkajit，2018年；Kobkeatthawin等人，2021年）。安達(dá)曼海的海藻和海草多樣性尤為豐富（Coppejans等人，2017年）。安達(dá)曼海岸有重要的海草草地，是瀕危儒艮和海龜?shù)闹匾澄飦碓矗娣e約為114.6平方公里，包含12種海草。目前，大約有200萬至300萬人生活在沿海地區(qū)，他們的生計嚴(yán)重依賴于海洋生態(tài)系統(tǒng)（Dulyakasem等人，2026年）。因此，重金屬污染對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)和人類福祉構(gòu)成了威脅（Areco等人，2021年）。
不同植物物種積累重金屬的能力因組織特異性和其他生理過程而異（Xu等人，2023年）。金屬的積累受到生物和非生物因素的影響（Smith，2018年；Malea等人，2021年；Zhang等人，2021年）。在某些物種中，重金屬會在根部或地下結(jié)構(gòu)中積累，以避免干擾光合作用；而在其他物種中，重金屬則傾向于在葉片組織中積累，以便通過葉片脫落來清除（Bonanno和Di Martino，2016年）。此外，環(huán)境因素的季節(jié)性變化和不同的金屬來源也會改變生物可利用性。高溫和高pH值可能降低金屬的溶解度，而在高溫下金屬會在水柱中溶解更多（Polechońska等人，2024年）。這些因素可能顯著影響海藻和海草的吸收和積累模式（Hauser-Davis和Wosnick，2022年）。
多項研究調(diào)查了泰國受干擾地區(qū)沉積物中的重金屬污染以及安達(dá)曼海海洋魚類中的重金屬污染（Pradit等人，2010年；Jaileak和Akkajit，2018年；Kobkeatthawin等人，2021年；Pradit等人，2024年；Prabakaran等人，2025年），但關(guān)于海藻和海草中重金屬積累的研究以及氣候變化（如水溫）對金屬溶解度和生物可利用性的影響仍較為有限（Laz?r等人，2024年）。Rattanasomboon等人（2018年）在普吉島的唐肯灣發(fā)現(xiàn)Halimeda屬海草中含有鉛（Pb）和鎘（Cd），但未討論污染源和環(huán)境影響。最近，Phetcharat等人（2024年）在利迪島的海草Halophila ovalis和H. macroloba中未檢測到重金屬，該地區(qū)屬于海洋國家公園。他們的研究僅基于一次數(shù)據(jù)收集，因此仍需研究季節(jié)性變化，以加深對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)影響的理解。大多數(shù)關(guān)于重金屬對生物影響的研究集中在單一物種上，而比較海藻和海草的研究較少（Bonanno等人，2020年）。因此，本研究將是首次比較不同門類海洋植物的金屬積累能力，并闡明季節(jié)性變化對這些門類在不同地點的金屬積累的影響。
具體而言，本研究旨在比較安達(dá)曼海岸三個不同受干擾區(qū)域的海藻和海草及沉積物中重金屬的濃度，特別關(guān)注錳（Mn）、銅（Cu）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、砷（As）、鎳（Ni）和鋅（Zn）等元素。研究地點包括利迪島、利邦島和唐肯灣。同時研究了重金屬濃度的季節(jié)性變化，并使用多種指數(shù)（包括地球累積指數(shù)（Igeo）、富集因子（EF）、生物濃縮因子（BCF）和金屬污染指數(shù)（MPI）進(jìn)行了生態(tài)風(fēng)險評估。這些信息可用于環(huán)境評估和管理，以識別每個研究地點的污染源。
研究地點
本研究在安達(dá)曼海沿岸三個受不同人類活動影響的區(qū)域進(jìn)行（圖1）。我們選擇了三個可能受到不同重金屬來源和濃度影響的區(qū)域。第一個地點是普吉省的唐肯灣（7° 48′ 45.5832″ N, 98° 24′ 14.8788″ E），該地區(qū)靠近普吉港，并受到潘瓦角的保護(hù)。這一地區(qū)在普吉島的高峰季節(jié)（11月至4月）是著名的旅游景點。
海藻和海草中的重金屬
報告了海藻和海草物種中的重金屬濃度（錳（Mn）、銅（Cu）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、砷（As）、鎳（Ni）和鋅（Zn）的平均值（表1）。在利邦島，我們發(fā)現(xiàn)了5種海草，包括Cymodocea rotundata、Enhalus acoroides、Halophila ovalis和Thalassia hemprichii。其中Thalassia hemprichii顯示出最高的整體重金屬積累量，而E. acoroides顯示出最低的積累量。所有物種都積累了最高濃度的錳（Mn）
討論
我們在三個不同的沿海區(qū)域調(diào)查了重金屬濃度。發(fā)現(xiàn)所有地點的所有元素均符合Long等人（1995年）提出的沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。利邦島的沉積物在干濕季節(jié)都是污染最嚴(yán)重的區(qū)域，而唐肯灣的污染程度最低。利邦島位于Trang省的Kantang區(qū)，該地區(qū)有大約49家生產(chǎn)食品、橡膠和電氣設(shè)備的工廠（該部門）
結(jié)論
根據(jù)Igeo、EF和MPI的值，利邦島的沿海沉積物顯示出大部分重金屬的中等污染程度，而利迪島和唐肯灣的污染程度較低至中等。濕季時重金屬濃度較高，可能是由于廢物流量增加。砷（As）和鎘（Cd）是所有區(qū)域中最常見的金屬——這可能是由于來自陸地的除草劑、農(nóng)藥和污水的排放。研究結(jié)果表明，海藻和海草的生物累積
作者貢獻(xiàn)聲明
Sindy Phetcharat：概念化、調(diào)查、可視化、數(shù)據(jù)分析、軟件應(yīng)用、方法論設(shè)計、初稿撰寫、審稿與編輯。Jeong Ha Kim：概念化、可視化、監(jiān)督、審稿與編輯。Jaruwan Mayakun：概念化、監(jiān)督、調(diào)查、可視化、數(shù)據(jù)分析、軟件應(yīng)用、方法論設(shè)計、初稿撰寫、審稿與編輯、資金籌集。
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務(wù)利益或個人關(guān)系可能影響本文的研究結(jié)果。
致謝
本研究得到了國家科學(xué)與研究創(chuàng)新基金（NSRF）和宋卡王子大學(xué)（SCI6801023S）的支持；此外，該研究還得到了科學(xué)技術(shù)人才發(fā)展與培養(yǎng)項目的資助。我們感謝宋卡王子大學(xué)理學(xué)院生物科學(xué)系海藻和海草研究小組的所有成員在實地考察中的幫助，同時也感謝Thomas Duncan Coyne先生對英文文本的協(xié)助。
