熱帶海藻和海草物種中的重金屬積累:生態(tài)風險評估的基礎
《Marine Pollution Bulletin》:Heavy metal accumulations in tropical seaweed and seagrass species as the basis of an ecological risk assessment
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時間:2026年03月03日
來源:Marine Pollution Bulletin 4.9
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本研究調查了泰國安達曼海沿岸三個受干擾地點的重金屬污染,利用海藻和海草作為生物指示劑,計算了Igeo、EF、MPI和BCF等生態(tài)指數(shù)。結果顯示As和Cd為主要污染物,可能來自農業(yè)和污水;Thalassia hemprichii和Padina sp.表現(xiàn)出高生物累積能力,適合評估污染。未來需研究氣候變化的影響。
Sindy Phetcharat|Jeong Ha Kim|Jaruwan Mayakun
宋卡王子大學理學院生物科學系,泰國宋卡府哈蒂艾
摘要
人類活動常常導致沿海生態(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,包括地質累積指數(shù)(Igeo)、富集因子(EF)、金屬污染指數(shù)(MPI)和生物濃縮因子(BCF)。從安達曼海沿岸三個不同受干擾的區(qū)域收集了表層沉積物和大型植物樣本。根據(jù)Igeo、EF和MPI的結果,利邦島的沿海沉積物顯示出大多數(shù)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的污染程度。在所有研究區(qū)域中,最常見的是砷(As)和鎘(Cd),這些可能來自大陸釋放的除草劑、殺蟲劑和污水。研究結果表明,海藻和海草物種之間的重金屬生物累積量存在差異,同一區(qū)域內的不同物種也表現(xiàn)出不同的累積水平。研究發(fā)現(xiàn),海草Thalassia hemprichii和海藻Padina屬物種可作為研究區(qū)域內重金屬污染的有希望的生物指示物。未來的研究應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)。這些排放的污染物可能含有對海洋生物和人類健康有毒的重金屬,并在生態(tài)系統(tǒng)中持續(xù)存在并會在生物體內累積(Ali和Khan,2018;Bonanno等人,2020)。累積的重金屬隨后可能轉移到更高營養(yǎng)級。重金屬的分布及其毒性受環(huán)境條件(如pH值、鹽度和吸附過程)的影響(Buccolieri等人,2006;Miao等人,2020),但僅監(jiān)測沉積物和周圍海水中的重金屬污染不足以進行準確的生態(tài)風險評估(Ali等人,2011)。
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;Sundhar等人,2024;Ismail等人,2025)。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),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;Kabata-Pendias和Szteke,2015)。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)。海草具有復雜的細胞壁結構,如硫酸化多糖和纖維素,可用于結合離子和金屬吸收(Brito等人,2016),而海藻則直接從周圍水中吸收重金屬(Sun等人,2019)。這些差異反映了不同植物類型對其環(huán)境的適應,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)。因此,它們可以用來評估生態(tài)系統(tǒng)風險并減少沿海地區(qū)的污染(Al-Homaidan,2007;Besada等人,2009)。
泰國南部毗鄰泰國灣和安達曼海,海岸線長度為3148公里(Lange等人,2019)。該地區(qū)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)。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;Kobkeatthawin等人,2021)。安達曼海的海藻和海草多樣性尤為豐富(Coppejans等人,2017)。安達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。如今,約有200萬至300萬人居住在沿海地區(qū),他們的生計高度依賴海洋生態(tài)系統(tǒng)(Dulyakasem等人,2026)。因此,重金屬污染對當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)和人類福祉構成了威脅(Areco等人,2021)。
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)。金屬的積累受到生物和非生物因素的影響(Smith,2018;Malea等人,2021;Zhang等人,2021)。在某些物種中,重金屬會積累在根部或地下結構中,以避免干擾光合作用;而其他物種則傾向于在葉片組織中積累重金屬,以便通過葉片脫落將其排除(Bonanno和Di Martino,2016)。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值可能會降低重金屬的溶解度,而在高溫下金屬會在水柱中溶解更多(Polechońska等人,2024)。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)。
多項研究調查了泰國受干擾地區(qū)沉積物中的重金屬污染以及安達曼海海洋魚類中的重金屬污染(Pradit等人,2010;Jaileak和Akkajit,2018;Kobkeatthawin等人,2021;Pradit等人,2024;Prabakaran等人,2025),但關于海藻和海草中重金屬積累的研究以及氣候變化(如水溫)對重金屬溶解度和生物可利用性的影響仍有限(Laz?r等人,2024)。Rattanasomboon等人(2018)在普吉島的唐肯灣發(fā)現(xiàn)了Halimeda屬海藻中的鉛(Pb)和鎘(Cd),但未討論污染源和環(huán)境影響。最近,Phetcharat等人(2024)在利迪島的海草Halophila ovalis和H. macroloba中未檢測到重金屬,該島屬于一個海洋國家公園。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,以更深入地了解對當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的影響。大多數(shù)關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)。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曼海沿岸三個受不同干擾區(qū)域的海藻和海草及沉積物中重金屬的濃度,特別關注錳(Mn)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、砷(As)、鎳(Ni)和鋅(Zn)元素。研究地點包括利迪島、利邦島和唐肯灣。研究了重金屬濃度的季節(jié)性變化,并使用多個指數(shù)(包括地質累積指數(shù)(Igeo)、富集因子(EF)、生物濃縮因子(BCF)和金屬污染指數(shù)(MPI)進行了生態(tài)風險評估。這些信息可用于環(huán)境評估和管理,以確定每個研究地點的污染源。
研究地點
本研究在安達曼海沿岸三個受不同人類活動影響的區(qū)域進行(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),該區(qū)域靠近普吉港,并受到潘瓦角的庇護。這個地區(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、Thalassia hemprichii和Halodule uninervis。其中T. hemprichii顯示出最高的整體重金屬積累量,而E. acoroides顯示出最低的整體積累量。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)域調查了重金屬濃度。我們發(fā)現(xiàn)所有地點的所有元素均符合Long等人(1995)提出的沉積物質量標準。利邦島的沉積物在干季和濕季都受到最嚴重的污染,而唐肯灣的污染程度最低。利邦島位于唐省的Kantang區(qū),該地區(qū)有大約49家生產(chǎn)食品、橡膠和電氣設備的工廠(相關部門)
結論
根據(jù)Igeo、EF和MPI的值,利邦島的沿海沉積物顯示出大多數(shù)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,可能是由于廢物徑流增加。砷(As)和鎘(Cd)是所有區(qū)域中最常見的金屬——這可能源于大陸釋放的除草劑、殺蟲劑和污水。研究結果表明,海藻和海草的生物累積
作者貢獻聲明
Sindy Phetcharat:概念構思、調查、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析、軟件使用、方法論制定、初稿撰寫、審稿與編輯。Jeong Ha Kim:概念構思、數(shù)據(jù)可視化、監(jiān)督、審稿與編輯。Jaruwan Mayakun:概念構思、監(jiān)督、調查、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析、軟件使用、方法論制定、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利益或個人關系可能影響本文所述的工作。
致謝
本工作得到了國家科學與研究創(chuàng)新基金(NSRF)和宋卡王子大學(SCI6801023S)的支持;此外,該研究還得到了科學技術人才發(fā)展與培養(yǎng)項目的資助。我們感謝宋卡王子大學理學院生物科學系海藻和海草研究小組的所有成員在野外考察中的幫助,同時也感謝Thomas Duncan Coyne先生在英文文本方面的協(xié)助。
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