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本研究分析了北部南海五海湾118个沉积样本中8种重金属的污染特征，发现Zn、Cu、Mn为主要风险因子，与工业及港口活动相关。通过多指标评估显示生态风险低中度空间异质，儿童累积敏感性较高，但非致癌风险可接受。
温宇|范玉清|陈庆华|杨静|李欣|黄伟|岳坤|张柳毅|丁平|胡国成|余云江
生态环境部环境污染健康风险评估重点实验室，华南环境科学研究院，中国广州510655
摘要
由于重金属的持久性、生物累积性以及在环境条件变化下的再迁移能力，沿海沉积物中的重金属污染对生态和人类健康构成了潜在风险。本研究分析了从中国南海北部五个代表性海湾采集的118个沉积物样本中的八种重金属（Cu、Mn、Zn、V、Cr、Ba、Be和Ti）。采用电感耦合等离子体-光学发射光谱法（ICP-OES）测定重金属浓度。通过相关性分析、主成分分析（PCA）和正矩阵分解（PMF）等多元统计方法，阐明了这些重金属的空间分布模式和来源贡献。利用地质累积指数（Igeo）、沉积物毒性程度（STd）和毒性当量浓度（TEQ）等指标评估了沉积物质量和潜在毒性。结果表明，重金属污染程度总体较低至中等，且海湾间存在显著的空间异质性。Zn、Cu和Mn被认为是导致生态风险的主要因素，这与工业和港口相关活动密切相关。人类健康风险评估显示，成人和儿童的非致癌风险均可忽略不计（风险指数HI < 1），尽管儿童的累积敏感性较高。总体而言，本研究提供了对中国南海北部沿海沉积物中重金属的综合性生态和健康风险评估，为区域污染控制和可持续海岸管理提供了宝贵见解。
引言
重金属污染已成为一个全球性的环境问题，因为这些污染物在水生生态系统中具有持久性、毒性和显著的生物累积性。工业化的加速、水产养殖业的扩张以及沿海经济活动的加剧共同增加了海洋环境中的重金属输入，尤其是通过河口和海湾（?zbay等人，2025年）。一旦释放，重金属会通过沉淀和絮凝作用在沉积物中积累，成为长期的污染源和次级污染的潜在来源。沉积物中金属的稳定性对环境条件非常敏感；氧化还原电位、pH值和盐度的变化可能导致它们重新进入上层水体，从而加剧生态和人类健康风险（Islam等人，2025年；Liu等人，2025年）。除了直接毒性外，重金属还会在水生生物体内积累。它们通过食物链传递的能力各不相同，某些金属可能通过食物链放大效应，最终通过海产品消费对人类健康构成风险（Jiang等人，2014年；Wang等人，2026年）。
作为高度动态的陆海生态过渡带，沿海地区在生物地球化学过程中起着关键作用，并具有很强的金属吸附能力，因此成为污染物的天然汇。然而，这种汇功能也使它们特别容易受到人为输入的重金属积累影响。多项研究表明，全球沿海沉积物容易受到工业废水、城市径流和水产养殖活动的金属富集影响（?z?eker等人，2025年；Ristea等人，2025年）。例如，在中国珠江口的研究中，发现Zn和Cu的浓度因工业和家庭排放而升高（Sun等人，2025年），而地中海和波罗的海的研究则强调了海上交通和沿海城市化对沉积物中金属积累的显著影响（El-Amier等人，2021年；Krek等人，2019年）。这些观察结果强调了沿海金属污染在各种地理和社会经济背景下的普遍性。尽管有大量相关研究，但大多数研究集中在高度城市化的河口地区，而像中国南海北部沿海的雷州湾这样生态重要但工业化程度较低的海湾则相对较少受到关注。
中国南海北部沿海包括广东省，是一个以沿海工业化程度高和海上水产养殖业发达为特征的主要经济走廊。这些活动显著增加了沿海沉积物中的重金属积累（Kang等人，2024年）。尽管有许多研究关注珠江口的沉积物污染（Ye等人，2012年），但这条海岸线西部的海湾尽管生态重要性极高，却得到的科学关注较少。特别是雷州湾拥有广阔的红树林和珊瑚礁系统，提供了重要的生态系统服务，但仍极易受到环境退化的影响。这类栖息地对人为干扰非常敏感，即使是局部的污染也可能对生物多样性和生态系统功能产生不成比例的长期影响（Yadav等人，2023年）。
为填补这些研究空白，本研究建立了一个全面的评估框架，以表征中国南海北部沿海沉积物中的重金属污染情况。系统地量化了八种金属（Cu、Mn、Zn、V、Cr、Ba、Be和Ti）的浓度、空间分布、潜在来源以及相关的生态和人类健康风险。与以往主要关注单个河口或单一海湾系统的研究不同，本研究在多个代表性海湾应用了统一的分析框架，从而能够直接进行区域尺度的污染特征、来源贡献和风险相关金属的比较。通过将化学分析与多元统计方法和概率健康风险评估相结合，本研究识别了污染热点，确定了自然来源和人为来源的相对贡献，并为区域环境管理提供了基于证据的基础。结果还为中国南海北部几个生态重要但研究不足的沿海海湾提供了基线信息。
采样地点
2022年12月和2023年7月期间，在中国南海北部的五个代表性海湾进行了两次野外调查（图1）：湛江港（ZJG，20°98′–21°41′N）、西湛江（ZJX，20°17′–21°51′N）、雷州湾（LZW，20°61′–20°98′N）、水东湾（SDW，21°38′–21°51′N）和海陵湾（HLW，21°36′–21°78′N）。共设置了103个采样点（图1）。在某些站点采集了重复样本以进行质量控制。
海湾沉积物中的重金属浓度特征
在中国南海北部的沿海沉积物中检测到了所有八种目标重金属，其平均浓度顺序为：Mn（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）（图2）。为了评估金属富集情况，将测量浓度与广东省的区域背景水平进行了比较（表S1）。Mn和Zn的浓度分别增加了1.35倍和3.40倍。
结论
本研究对中国南海北部沿海沉积物中的重金属污染和毒性进行了全面的危害评估。虽然大多数金属的浓度接近自然背景水平，但Zn和Mn的局部富集（主要由工业排放和港口活动引起）导致了较高的生态风险。通过Igeo、mPECQ、STd和TEQ的综合评估，发现毒性程度较低至中等，但存在空间异质性，其中HLW和ZJG的海湾毒性尤为明显。
作者贡献声明
黄伟：验证工作。
李欣：撰写、审稿和编辑。
张柳毅：撰写、审稿和编辑。
岳坤：数据收集与调查。
胡国成：撰写、审稿和编辑，数据管理，概念构建。
丁平：资源协调。
余云江：撰写、审稿和编辑，数据管理，概念构建。
范玉清：初稿撰写，验证工作。
温宇：初稿撰写，数据收集与调查。
杨静：撰写、审稿和编辑。
陈庆华：概念构建。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（2024YFC3713205）的财政支持。
本研究还得到了广东省科技计划（编号：2023B1212070031）的资助。
