在人为干扰下，北雅加达河口潜在有毒元素（PTEs）的时空动态：地球化学特征、污染程度及生态风险

《Marine Pollution Bulletin》：Spatiotemporal dynamics of potentially toxic elements (PTEs) in the North Jakarta Estuary under anthropogenic alteration: Geochemical signatures, pollution severity, and ecological risks

本研究通过多指标评估方法，分析了北雅加达河口沉积物中8种潜在有毒元素（Pb、Zn、Cd、Hg等）的时空分布特征，发现Zn和Pb浓度最高，且干旱季Cr、Cu、Pb、Zn显著增加。生态风险指数显示Hg和Cd风险最高，生物效应评估表明存在短期生态风险，但长期污染威胁需关注。研究为热带城市河口污染管理提供依据。

　　

Muhammad Haikal Razi | Zahratunnisa

环境与清洁技术研究中心，国家研究与创新机构（BRIN），KST B.J. Habibie，南丹戎，班滕，15314，印度尼西亚

摘要

北雅加达河口是一个城市河口系统，其中河流与海洋的相互作用促进了悬浮沉积物和潜在有毒元素（PTEs）的滞留。本研究旨在使用综合多指标框架评估PTEs的地球化学特征、污染水平及生态风险。通过Geoaccumulation Index (I_geo)、Pollution Load Index (PLI)、Potential Ecological Risk Index (PERI) 以及基于生物效应的评估方法，分析了十个河口站点的二次监测数据，这些站点涵盖了八种PTEs，并涵盖了雨季和旱季的情况。研究结果表明，PTEs的平均浓度顺序为Zn > Pb > Ni > Cr > Cu > Cd > Hg > As，其中几种元素在旱季有所增加。I_geo值显示出不同的污染模式，Hg被持续分类为中度至重度污染，而Cd和Zn则表现出显著的富集现象。尽管PLI值低于污染阈值，但在旱季约有70%的站点显示出PLI值上升，反映了在沉积物扩散减少的情况下污染物的积累加剧。生态风险评估（E_r）指出Hg和Cd是主要贡献因素，表现出高至非常高的生态风险水平；而PERI在多个地点显示出生态风险显著至非常高（>600）。基于生物效应的指标表明立即产生不良影响的可能性较低至中等；然而，持续的污染可能会对生态系统造成长期压力。这些发现代表了PTEs风险的季节性综合多指标评估，并强调了在北雅加达河口环境中进行基于风险的管理的必要性。

引言

河口是一个具有高度生态意义的沿海系统，作为河流与海洋之间的过渡区，其特点是水动力动态复杂、盐度梯度变化以及生物地球化学相互作用丰富（Carvalho和Woodroffe，2020；Zhang等人，2023；Binte等人，2024）。在过去十年中，热带地区的河口，特别是在发展中国家，由于城市扩张、工业化、土地利用变化以及人口增长与环境基础设施之间的不平衡，人类活动带来的压力显著增加（Olivares等人，2019；Wang等人，2025）。在这种情况下，潜在有毒元素（PTEs）成为最令人担忧的污染物之一，因为它们具有持久性、难以生物降解，并且在食物链中的底栖生物体内可能发生生物积累和生物放大作用（Astuti等人，2024；Nugraha等人，2023；Adiyaksa和Razi，2025）。因此，了解PTEs在沉积物中的行为不仅对于评估当前的污染状况至关重要，而且对于预测在持续环境变化下的未来生态脆弱性也具有重要意义（Gopal等人，2025；Odendaal和Paulse，2025）。

在多个发展中国家的全球研究中，发现靠近大都市中心和主要工业区的河口中PTEs浓度较高，例如马尼拉河口（Olivares等人，2019）、长江河口（Zhang等人，2023）、湄公河三角洲（Giang等人，2025）和土耳其的Felent河流域（Tokatl?等人，2025）。这些河口通常表现出重金属积累的模式，这些模式受到慢性污染物负荷、沉积物特性变化以及潮汐动态引发的稀释或富集过程的影响（Wang等人，2025）。尽管全球PTEs研究取得了快速进展，但地理上的不平衡仍然存在，尤其是在印度尼西亚。北雅加达河口就是一个高度受压的城市河口环境，它接收来自印度尼西亚人口最密集地区之一的主要河流系统的输入，该地区估计人口超过4600万（Purwiyanto等人，2022；Ikhsani等人，2025）。因此，该地区被广泛认为是东南亚环境压力最大的沿海地区之一，表现出长期富营养化、淤积、海水入侵以及普遍的有机和无机污染（Ashillah等人，2025）。

当地社区对河口资源的依赖加剧了PTE污染的严重性。渔业、水产养殖和沿海生计直接依赖于沉积物和水质，这将环境污染与粮食安全、公共卫生和经济可持续性联系在一起（Yulia等人，2025）。在常见的PTEs中，重金属如汞（Hg）、砷（As）和铅（Pb）在沉积物中尤为普遍，它们对健康构成严重的急性和慢性风险，包括神经系统和发育障碍、致癌性以及器官损伤（Alam等人，2023；Budianta等人，2025）。尽管已有许多研究探讨了雅加达沿海水域中的重金属污染问题，但现有研究大多集中在雅加达湾的更大空间范围内，或者仅强调分布模式，而没有系统地整合污染严重程度、生态风险和生物效应评估。因此，现有研究仍然零散，很少针对特定的河口环境，这限制了其在基于风险的管理中的应用。

为了解决这些不足，本研究通过实施一种季节性综合的多指标生态风险评估方法，特别关注河口沉积物出口，而非整个海湾系统，从而做出了新的贡献。通过结合地球化学特征、污染指数、生态风险指标和基于生物效应的指标，在不同的季风条件下进行评估，本研究提供了对快速城市化热带河口中PTE污染的更全面和更具管理意义的分析。具体而言，本研究旨在：（i）描述雅加达河口中PTEs的时空地球化学特征；（ii）评估各种PTEs的地球化学积累程度和污染严重性，以了解人为压力和季风水文沉积动态的影响；（iii）利用生态风险指数方法和沉积物质量指南框架评估潜在的环境影响和生物效应。本研究有望为基于证据的沿海管理提供更坚实的科学基础，支持制定更有针对性的重金属污染缓解策略，并丰富关于城市热带河口沉积物中PTEs综合评估的文献，以确保快速发展的地区（如雅加达）的生态韧性和公共卫生。

研究区域

从地理上看，北雅加达河口位于爪哇岛北部海岸（图1），水深范围为1至24米，这导致水体混合过程相对有限，从而使污染物容易滞留在水柱和沉积物中（Hayami等人，2020）。北雅加达河口接收来自13条河流的输入，其中包括三条主要河流（Angke、Ciliwung、Sunter），其中大多数河流是本研究的采样点。

方法论

本研究通过一系列综合阶段进行，包括数据收集与分类、沉积物地球化学数据的定量处理以及生态和生物风险评估。总体而言，本研究结合了地球化学指数方法（如Geoaccumulation Index (I_geo)、污染因子（CF）和Potential Ecological Risk Index (PERI)、基于沉积物质量指南（SQGs）的生物风险评估以及多元统计分析。

潜在有毒元素（PTEs）浓度

河口沉积物中八种PTEs的浓度存在空间和季节性变化，如表2所示。总体而言，PTEs的平均浓度顺序为Zn > Pb > Ni > Cr > Cu > Cd > Hg > As。使用配对t检验（对于正态分布数据）和Wilcoxon检验（对于非正态数据）进行的季节性分析表明，在旱季Cr、Cu、Pb和Zn的浓度显著增加（p值<0.005），反映了在河流流量减少的情况下污染物积累加剧。

结论

本研究提供了北雅加达河口沉积物中PTEs时空动态的全面地球化学概览，整合了元素特异性特征、污染状况及相关生态风险，这些因素受到人为压力和季风驱动的变异性的影响。多变量分析显示，两种季节中PTEs的浓度顺序均为Zn > Pb > Ni > Cr > Cu > Cd > Hg > As。

CRediT作者贡献声明

Muhammad Haikal Razi：撰写——原始草案、可视化、软件开发、方法论设计、数据分析、概念构建。Zahratunnisa：撰写——审稿与编辑、可视化、验证、项目监督、方法论设计、概念构建。

利益冲突声明

作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：Zahratunnisa报告称获得了雅加达首都环境局的行政支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者衷心感谢雅加达首都环境局（DLH DKI Jakarta）提供了支持本研究分析的开放获取环境监测数据。作者还感谢国家研究与创新机构（BRIN）为第一作者提供了博士后期间的研究设施。最后，作者感谢当地环保倡导者和沿海社区的持续努力，他们为环境保护做出了贡献。