通过四重中性增强技术进行水下废弃物检测，以监测海洋环境

《Marine Pollution Bulletin》：Underwater waste detection via quadruple neutrosophic image enhancement for marine environmental monitoring

海藻和海草作为生物指示剂监测安达曼海海岸区重金属污染，计算Igeo、EF、MPI和BCF指数，发现砷和镉为主要污染物，与农药、除草剂及污水排放相关，Thalassia hemprichii和Padina sp.具较高生物富集潜力。

　　

Sindy Phetcharat|Jeong Ha Kim|Jaruwan Mayakun

宋卡王子大学理学院生物科学系，泰国宋卡府哈蒂艾

摘要

人类活动常常导致沿海生态系统的重金属污染。本研究探讨了海藻和海草作为重金属污染及沿海生态系统状况生物指示物的潜力。研究基于生态指数的计算，包括地球累积指数（Igeo）、富集因子（EF）、金属污染指数（MPI）和生物浓缩因子（BCF）。从安达曼海沿岸三个不同受干扰的区域采集了表层沉积物和大型植物样本。根据Igeo、EF和MPI的结果，利邦岛的沿海沉积物显示出大部分重金属的中等污染程度，而利迪岛和唐肯湾的沿海沉积物则显示出低至中等程度的污染。在所有研究区域中，最常见的重金属是砷（As）和镉（Cd），这可能是由于来自陆地的除草剂、农药和污水的排放。研究结果表明，海藻和海草物种之间的重金属生物累积程度存在差异，即使在同一区域发现的海藻和海草，其累积水平也因BCF值而异。研究发现，Thalassia hemprichii海草和Padina属海藻可以作为研究区域内重金属污染的有希望的生物指示物。未来的研究应重点探讨重金属污染对它们形态和生理的影响。

引言

沿海开发和工业活动直接将废水和固体废物排放到生态系统中（Rangel-Buitrago和Gracia，2024年）。这些排放的污染物可能含有对海洋生物和人类健康有害的重金属，并在生态系统中持续累积（Ali和Khan，2018年；Bonanno等人，2020年）。累积的重金属随后可能传递到更高的营养级。重金属的分布及其毒性受pH值、盐度和吸附过程等环境因素的影响（Buccolieri等人，2006年；Miao等人，2020年），但仅监测沉积物和周围海水中的重金属污染不足以进行准确的生态风险评估（Ali等人，2011年）。

目前，沿海地区的重金属评估通常使用海藻和海草作为生物指示物（Jeong和Ra，2022年；Sundhar等人，2024年；Ismail等人，2025年）。这些水生植物能够有效反映生态系统状况以及重金属污染对食物网的影响（Pouil等人，2018年），因为它们会积累铜（Cu）、锌（Zn）、镍（Ni）等重金属，而这些元素在较高浓度下会对它们产生毒性（Robinson等人，2006年；Kabata-Pendias和Szteke，2015年）。海藻和海草通过不同的途径在其组织中吸收和积累元素，并表现出不同的耐受性（Bonanno等人，2020年）。海草具有复杂的细胞壁结构，如硫酸化多糖和纤维素，可用于结合离子和金属吸收（Brito等人，2016年），而海藻则直接从周围水中吸收重金属（Sun等人，2019年）。这些差异反映了每种植物类型对其环境的适应，影响了它们作为沿海金属污染生物指示物的作用（Li等人，2023年）。因此，它们可以用于评估生态系统风险并减少沿海地区的污染（Al-Homaidan，2007年；Besada等人，2009年）。

泰国南部濒临泰国湾和安达曼海，海岸线长度为3148公里（Lange等人，2019年）。该海岸线面临水产养殖、过度捕捞、工业发展、废水排放、无序的沿海开发、海上活动以及大规模旅游等重大压力（Lange等人，2019年）。在泰国湾沿岸的沉积物中检测到了铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）、镉（Cd）、铅（Pb）、汞（Hg）和砷（As）等金属元素；而在安达曼海则检测到了锌（Zn）、镉（Cd）、铁（Fe）、铜（Cu）、钴（Co）、铅（Pb）、锰（Mn）、锡（Sn）和镍（Ni）（Jaileak和Akkajit，2018年；Kobkeatthawin等人，2021年）。安达曼海的海藻和海草多样性尤为丰富（Coppejans等人，2017年）。安达曼海岸有重要的海草草地，是濒危儒艮和海龟的重要食物来源，面积约为114.6平方公里，包含12种海草。目前，大约有200万至300万人生活在沿海地区，他们的生计严重依赖于海洋生态系统（Dulyakasem等人，2026年）。因此，重金属污染对当地生态系统和人类福祉构成了威胁（Areco等人，2021年）。

不同植物物种积累重金属的能力因组织特异性和其他生理过程而异（Xu等人，2023年）。金属的积累受到生物和非生物因素的影响（Smith，2018年；Malea等人，2021年；Zhang等人，2021年）。在某些物种中，重金属会在根部或地下结构中积累，以避免干扰光合作用；而在其他物种中，重金属则倾向于在叶片组织中积累，以便通过叶片脱落来清除（Bonanno和Di Martino，2016年）。此外，环境因素的季节性变化和不同的金属来源也会改变生物可利用性。高温和高pH值可能降低金属的溶解度，而在高温下金属会在水柱中溶解更多（Polechońska等人，2024年）。这些因素可能显著影响海藻和海草的吸收和积累模式（Hauser-Davis和Wosnick，2022年）。

多项研究调查了泰国受干扰地区沉积物中的重金属污染以及安达曼海海洋鱼类中的重金属污染（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），但关于海藻和海草中重金属积累的研究以及气候变化（如水温）对金属溶解度和生物可利用性的影响仍较为有限（Laz?r等人，2024年）。Rattanasomboon等人（2018年）在普吉岛的唐肯湾发现Halimeda属海草中含有铅（Pb）和镉（Cd），但未讨论污染源和环境影响。最近，Phetcharat等人（2024年）在利迪岛的海草Halophila ovalis和H. macroloba中未检测到重金属，该地区属于海洋国家公园。他们的研究仅基于一次数据收集，因此仍需研究季节性变化，以加深对当地生态系统影响的理解。大多数关于重金属对生物影响的研究集中在单一物种上，而比较海藻和海草的研究较少（Bonanno等人，2020年）。因此，本研究将是首次比较不同门类海洋植物的金属积累能力，并阐明季节性变化对这些门类在不同地点的金属积累的影响。

具体而言，本研究旨在比较安达曼海岸三个不同受干扰区域的海藻和海草及沉积物中重金属的浓度，特别关注锰（Mn）、铜（Cu）、铬（Cr）、镉（Cd）、铅（Pb）、砷（As）、镍（Ni）和锌（Zn）等元素。研究地点包括利迪岛、利邦岛和唐肯湾。同时研究了重金属浓度的季节性变化，并使用多种指数（包括地球累积指数（Igeo）、富集因子（EF）、生物浓缩因子（BCF）和金属污染指数（MPI）进行了生态风险评估。这些信息可用于环境评估和管理，以识别每个研究地点的污染源。

研究地点

本研究在安达曼海沿岸三个受不同人类活动影响的区域进行（图1）。我们选择了三个可能受到不同重金属来源和浓度影响的区域。第一个地点是普吉省的唐肯湾（7° 48′ 45.5832″ N, 98° 24′ 14.8788″ E），该地区靠近普吉港，并受到潘瓦角的保护。这一地区在普吉岛的高峰季节（11月至4月）是著名的旅游景点。

海藻和海草中的重金属

报告了海藻和海草物种中的重金属浓度（锰（Mn）、铜（Cu）、铬（Cr）、镉（Cd）、铅（Pb）、砷（As）、镍（Ni）和锌（Zn）的平均值（表1）。在利邦岛，我们发现了5种海草，包括Cymodocea rotundata、Enhalus acoroides、Halophila ovalis和Thalassia hemprichii。其中Thalassia hemprichii显示出最高的整体重金属积累量，而E. acoroides显示出最低的积累量。所有物种都积累了最高浓度的锰（Mn）

讨论

我们在三个不同的沿海区域调查了重金属浓度。发现所有地点的所有元素均符合Long等人（1995年）提出的沉积物质量标准。利邦岛的沉积物在干湿季节都是污染最严重的区域，而唐肯湾的污染程度最低。利邦岛位于Trang省的Kantang区，该地区有大约49家生产食品、橡胶和电气设备的工厂（该部门）

结论

根据Igeo、EF和MPI的值，利邦岛的沿海沉积物显示出大部分重金属的中等污染程度，而利迪岛和唐肯湾的污染程度较低至中等。湿季时重金属浓度较高，可能是由于废物流量增加。砷（As）和镉（Cd）是所有区域中最常见的金属——这可能是由于来自陆地的除草剂、农药和污水的排放。研究结果表明，海藻和海草的生物累积

作者贡献声明

Sindy Phetcharat：概念化、调查、可视化、数据分析、软件应用、方法论设计、初稿撰写、审稿与编辑。Jeong Ha Kim：概念化、可视化、监督、审稿与编辑。Jaruwan Mayakun：概念化、监督、调查、可视化、数据分析、软件应用、方法论设计、初稿撰写、审稿与编辑、资金筹集。

利益冲突声明

作者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

本研究得到了国家科学与研究创新基金（NSRF）和宋卡王子大学（SCI6801023S）的支持；此外，该研究还得到了科学技术人才发展与培养项目的资助。我们感谢宋卡王子大学理学院生物科学系海藻和海草研究小组的所有成员在实地考察中的帮助，同时也感谢Thomas Duncan Coyne先生对英文文本的协助。