中国珠江流域沿海深水区及潮间带沉积物中的类金属污染：浓度、来源分布及环境风险

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Metal(loid)s pollution in coastal deep-water and tidal flat sediments from Pearl River system, China: concentration, source apportionment and environmental risk

珠江口深水与潮间带沉积物中潜在有毒金属（As, Cr, Cu, Pb, Mo, Sr, Th, Zn）浓度及生态风险对比研究，发现深水区Cu、Zn、Pb浓度显著高于潮间带，污染等级Cu、As、Pb较高，生态风险排序存在差异，污染源以工业活动和农业贡献为主（61.8%）。

　　

徐伟青|龚健|江顺龙|谭子聪|王金|王子瑶|张合心|宋刚|刘娟

中国广东省广州市广州大学环境科学与工程学院，教育部珠江三角洲水质与保护重点实验室

摘要

关于深水沉积物和潮滩沉积物中典型潜在有毒金属/类金属（PTMs）如Mo、Th、As、Cu、Cr、Pb、Zn和Sr的地球化学特征，目前很少有比较研究。本研究的目的是调查中国经济最发达地区之一——珠江流域深水沉积物和潮滩沉积物中PTMs的浓度现状、来源分配及环境风险。结果表明，深水沉积物中的Cu、Zn和Pb浓度普遍高于潮滩沉积物。对PTMs污染的评估显示，所有沉积物中的Cu、As和Pb污染水平均较高。Cu和Zn的污染程度存在空间差异。深水沉积物的潜在生态风险排序为Cu > As > Pb > Zn > Cr，而潮滩沉积物的风险排序为As > Cu > Pb > Zn > Cr。根据沉积物质量指南（SQGs），这八种PTMs均可能对水生生物产生不利影响。正矩阵分解（PMF）受体模型量化了这些PTMs的来源类型及其贡献。工业活动（61.8%）与农业应用（14.7%）的强烈耦合以及自然过程是导致这些沉积物中PTMs富集的主要原因。基于这些发现，珠江的环境管理策略应优先考虑控制Pb、Zn和Cu的污染。

引言

潜在有毒金属/类金属（PTMs）通过多种途径进入河流系统，包括工业废水的排放、来自城市/农业活动的地表径流携带的污染物、大气沉降以及固体废物的淋溶（Alengebawy等，2021；Liang等，2024）。这些金属进入水环境后，会通过吸附到细颗粒沉积物上迅速从水柱中去除，随后作为悬浮负荷的一部分被运输（Wang等，2025）。尽管水相中的金属浓度通常较低，但沉积相中的金属可以积累到生态上显著的水平，从而产生明显的空间异质性（Liu等，2019）。

近几十年来，全球经济的扩张加剧了河流中的PTMs污染，主要原因是采矿、冶炼和电镀行业的未经处理的废水排放（Zarei等，2023）。沉积物在重金属动态中扮演双重角色：通过强颗粒-金属相互作用（例如吸附和共沉淀）作为长期汇，同时通过物理化学变化或微生物介导的再动员过程成为潜在的二次来源（Kalnejais等，2010；Wang等，2020；Madadi等，2023）。

新的证据表明，气候变化引发的极端水文事件（例如强降雨和长期干旱）可能会从根本上改变沉积物特性，从而改变河口生物多样性和沉积物结合金属的生物地球化学循环（Vineetha等，2020）。在流量较低到中等的情况下，富含金属的沉积物会在河道中积累。洪水事件通过悬浮沉积物的运输和河漫滩的垂直堆积触发其再动员（Fan等，2021）。虽然大洪水通常会通过稀释作用降低河道中的金属浓度，但长期低流量条件往往会导致河道底部的金属富集。然而，由于历史上受污染沉积物的侵蚀，某些河段的洪水后金属浓度反而可能增加（Yang等，2024；Zhang等，2024）。

值得注意的是，洪水驱动的沉积物动态显著影响悬浮颗粒金属的浓度。在洪水峰值之前，悬浮颗粒中的金属浓度通常达到最高。随着洪水开始退去，金属浓度逐渐下降；这种模式被称为“初次冲刷”效应，即最初的径流通常会冲走细小且受污染的颗粒（Anderson等，2025）。大洪水通常通过掺入未受污染的河岸沉积物来稀释悬浮金属浓度，但灾难性事件可能会 mobilize 稳定的污染源，可能将受污染的沉积物输送数百公里（Muller，2025）。

目前关于沉积物中PTMs分布的研究主要集中在表层沉积物上，往往缺乏对深水沉积物和岸边沉积物的系统区分。这一研究空白阻碍了我们全面理解PTMs在多种沉积环境中的迁移和转化模式。作为陆地-海洋相互作用的过渡带，潮滩在浅而坡度平缓的区域拥有大量的沉积物（Jeong等，2025；Rashid等，2025）。这些沉积物具有重要的生态作用，例如通过消散波浪能量来显著减轻沿海灾害，并作为天然过滤器，保留和储存陆地来源的污染物和营养物质，从而维持水生生态系统的稳定性（Kong等，2024）。然而，潮滩沉积物持续承受着密集的人类活动带来的PTMs污染压力（Ahmad等，2024）。相比之下，深水沉积物由于长期处于淹没状态，其物理化学环境更为稳定（Sun等，2025）。潮滩和深水区域之间明显不同的水动力条件和生物地球化学过程——特别是在潮汐扰动和氧化还原条件方面——可能会产生根本不同的PTMs空间分布模式。遗憾的是，迄今为止，这两种沉积环境中PTMs的差异分布模式仍不够明确。

另一方面，水动力分选作用导致富含金属的细颗粒从动态的潮滩输送到稳定的深水沉积物中，从而形成PTMs的空间分异。因此，阐明这种差异分布对于准确评估河口不同底栖生境的生态风险至关重要。

珠江流域是世界上城市化程度最高和工业化最严重的地区之一，面积达453,700平方公里，人口超过2亿（Cheng等，2021），由于过去四十年的快速社会经济发展，该地区经历了严重的PTMs污染（Yang等，2012）。珠江沉积物中记录到了As、Cd、Pb等金属的浓度升高，上游的污染与采矿废水排放有关，而下游的积累则受人为活动和潮汐过程控制（Niu等，2009；Li等，2011）。然而，很少有研究探讨深水沉积物和潮滩沉积物中PTMs的空间分布差异及其相关的生态风险影响。

因此，选择了八种PTMs（As、Cr、Cu、Pb、Mo、Sr、Th、Zn）在珠江流域两种不同类型的沉积物（深水沉积物与潮滩沉积物）中进行分析。本研究旨在全面评估沉积物中的PTMs浓度和空间分布特征，揭示污染程度并识别高风险污染源，为污染控制提供科学依据。本研究的主要目标是：1）检测深水沉积物和潮滩沉积物中的PTMs浓度，评估其潜在生态风险；2）研究这些沉积物中PTMs的空间分布模式，并定量识别其来源。研究结果将有助于理解人类活动对河流生态系统的影晌，支持基于证据的污染控制策略，并为海洋资源的可持续管理做出贡献。

研究区域和采样点

本研究调查了珠江流域深水沉积物和潮滩沉积物中八种PTMs（Mo、Th、As、Cu、Cr、Pb、Zn和Sr）的空间分布。如图1所示，共建立了31个采样点，分布在珠江主干流、城市支流以及南海的河口区域。采样点的地理信息见表S1。沉积物采样工作在

沉积物中PTMs的分布特征

珠江流域沉积物中PTMs的浓度和空间分布特征，以及通过综合多标准框架评估的污染状况见表2。与中国土壤背景值（CNEMC，1990）的比较分析显示了显著的元素富集模式。深水沉积物中的平均浓度（mg·kg^-1）为：Mo（1.73±0.43）、Sr（70.67±18.08）、Th（26.36±7.78）、Pb（111.98±61.54）、As（24.41±11.85）、Zn

结论

本研究揭示了中国珠江流域深水沉积物和潮滩沉积物中PTMs污染的空间异质性、来源特征和生态风险评估。在深水沉积物中，污染主要归因于“混合城市-商业来源”（贡献率为76.4%），其特征是Zn、Cu和Pb的污染。这一主要人为来源还伴随着显著的“自然地质背景”来源。

CRediT作者贡献声明

江顺龙：写作 – 审稿与编辑。龚健：写作 – 审稿与编辑、资源整理。王金：写作 – 审稿与编辑、验证、监督、资金获取、概念构思。谭子聪：写作 – 审稿与编辑。刘娟：写作 – 审稿与编辑。徐伟青：写作 – 初稿撰写、可视化、方法论设计、调查实施、数据分析。王子瑶：写作 – 审稿与编辑。宋刚：写作 – 审稿与编辑。张合心：写作 – 审稿与编辑

未引用参考文献

Jeong等，2025；Simukoko等，2022；Wang等，2022；Zhang等，2017；Zhao和Yan，1993。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了广东省基础与应用基础研究基金（2023A1515012381、2025B0303000019）和国家自然科学基金（42477277）的资助。非常感谢匿名审稿人的意见和建议。