本研究由Yingjie Chen、Huanfang Huang、Yang Ding、Wenwen Chen、Jie Luo、Hui Li、Jian Wu、Wei Chen和Shihua Qi共同完成，作者来自中国地质大学（武汉）环境学院、生物地质与环境地质国家重点实验室以及桂林理工大学环境科学与工程学院。研究成果发表于2019年的《Environmental Monitoring and Assessment》期刊，标题为《Trace metals in aquatic environments of a mangrove ecosystem in Nansha, Guangzhou, South China: pollution status, sources, and ecological risk assessment》。
学术背景
红树林作为独特的海岸带生态系统，在维持生物多样性和海岸带生态安全方面具有重要作用。然而，随着珠江三角洲经济快速发展，工业废水、生活污水及采矿活动导致重金属通过河流输入红树林湿地。已有研究表明，珠江口福田红树林存在镉（Cd）等重金属污染，但针对广州南沙红树林生态系统的系统性研究仍属空白。本研究聚焦南沙红树林水体和沉积物中重金属污染特征，旨在解决三个核心问题：（1）重金属的空间分布规律；（2）污染来源解析；（3）生态风险等级评估。研究选取锌（Zn）、砷（As）、铅（Pb）、镍（Ni）等10种典型重金属作为目标污染物，其选择依据包括珠江口工业排放特征及重金属的生态毒性效应。
研究方法与流程
1. 研究区域与采样设计
研究区域位于广州南沙（22°26′00″–23°06′15″ N, 113°13′07.5″–113°43′07.5″ E），属亚热带季风气候。通过Landsat 8卫星影像解译（采用最大似然分类法MLC）结合实地调查，确定上横沥水道、蕉门水道和滨海公园三个核心采样区，共设置10个采样点（S1-S10）。水体样品使用聚乙烯瓶采集，表层沉积物（0–2 cm）通过Ekman抓斗采样器获取，同步测定pH、电导率等现场参数。
2. 实验分析
- 水体处理：样品经0.5 μm玻璃纤维膜过滤后，采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）分析重金属（Se、Fe、Mn、Cd等）及碱土金属（Na、Mg、K、Ca），阴离子（NO₂⁻、NO₃⁻等）通过离子色谱仪（ICS-1000）测定。
- 沉积物处理：样品经风干、研磨、过75 μm筛后，采用王水（HCl:HNO₃=3:1）微波消解（Mars-X消解系统），最终通过ICP-AES测定重金属含量。质量控制显示金属回收率达90–98%，相对标准偏差为2.21–5.18%。
3. 数据分析
- 污染评价：采用污染因子（CF）、富集因子（EF）和地累积指数（Igeo）评估沉积物污染程度，其中EF以Fe为参比元素消除粒度影响。
- 来源解析：通过Spearman相关性和聚类分析揭示重金属关联性，结合珠江口背景值（Pb: 21.9 mg/kg, Zn: 94.3 mg/kg）判别自然与人为来源。
- 生态风险：采用Hakanson潜在生态风险指数（RI）评估，毒性系数设定为Cd=30、As=10、Cu=Pb=Ni=5。
主要结果
- 水体重金属分布：Zn浓度最高（148.42±247.47 μg/L），其次为As（82.34±118.95 μg/L），滨海公园站点（S7-S10）浓度显著高于上游（p<0.05），其中S8点位Zn、Pb分别达820 μg/L和210 μg/L，超出国家海水水质标准（GB 3097-1997）II类限值的1.97倍和3.59倍。
- 沉积物污染特征：Fe含量最高（27.04±1.91 g/kg），Cd、Zn、Cu的CF值分别为14.18、3.78、2.30，显示极强污染（CF>6）至中度污染（3≥CF>1）。Igeo指数表明S3、S6、S8点位Cd达极强污染水平（Igeo>4）。
- 来源解析：
- 自然来源：水体中Zn与Na、Mg、Cl⁻显著相关（r²>0.6），反映海水输入贡献。
- 人为来源：沉积物中Cd-Pb-Zn高度相关（r²=0.857–0.964），指向上游铅锌矿开采；Cr-Cu关联性（r²=0.929）暗示润滑油泄漏污染。
- 生态风险：Cd的单项潜在生态风险指数（Eᵢ）达709.4，导致整体RI均值为771.6（366.3–1228.5），属极高风险等级（RI>600）。
结论与价值
本研究首次系统揭示了南沙红树林水体-沉积物系统中重金属的污染格局与生态风险：
1. 科学价值：阐明了河口区淡水-海水交互作用对重金属迁移的影响机制，证实沉积物中Cd的二次释放风险。
2. 应用价值：为珠江口红树林保护提供数据支撑，建议优先管控铅锌矿排放和船舶油污泄漏。
研究亮点
- 方法创新：结合遥感解译与多指标污染评价体系，实现污染空间可视化。
- 发现创新：揭示Cd在沉积物-水界面的特殊迁移行为，其生态风险远超其他金属。
- 区域特殊性：南沙红树林作为珠江口快速城市化区域的典型代表，研究结果对类似河口湿地管理具有参考意义。
其他发现
研究指出，2015年南沙沉积物Cd含量（2.88 mg/kg）较2008年（6.97 mg/kg）有所下降，但仍高于2012年数据（0.78 mg/kg），反映污染输入的波动性，需持续监测工业活动影响。