近日，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所院級南海漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價創(chuàng)新團隊谷陽光研究員（第一作者兼通訊作者），聯(lián)合日本山形大學(xué)Richard W. Jordan教授、海南大學(xué)姜仕軍教授等學(xué)者，在漁業(yè)水域沉積物重金屬動力學(xué)研究領(lǐng)域取得重要進展。研究發(fā)現(xiàn)：鋁、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鎘和鉛等10種金屬普遍表現(xiàn)出固定化趨勢，短期內(nèi)釋放風險有限。相關(guān)研究成果以“Dynamics of metal immobilization in coastal mariculture sediments: Insights from DGT and DIFS modeling”為題，發(fā)表于環(huán)境科學(xué)與生態(tài)領(lǐng)域國際TOP期刊《Environmental Pollution》（JCR一區(qū)，影響因子7.3）。
沿海沉積物在重金屬循環(huán)中發(fā)揮著雙重作用——既是金屬的重要“匯”，也是潛在的“源”。其環(huán)境行為受有機質(zhì)含量、生物地球化學(xué)循環(huán)和人類活動的共同影響。已有調(diào)查與研究表明，隨著我國沿海地區(qū)城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，大量有機質(zhì)和營養(yǎng)鹽輸入沉積物，顯著改變了其理化性質(zhì)，并可能影響金屬的固定化與再釋放機制。在部分養(yǎng)殖海灣的調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖活動可能對此過程有所影響，但總體影響相較于陸源輸入相對有限。在海水養(yǎng)殖海灣，魚類、貝類和海藻養(yǎng)殖等多種水產(chǎn)養(yǎng)殖類型致使沉積物與金屬的相互作用更加復(fù)雜。金屬在沉積物中的吸附與解吸是否達到平衡，是決定其能否保持“固定化”狀態(tài)，還是重新釋放進入水體并被水生生物吸收利用，甚至引發(fā)生態(tài)風險的重要因素。已有研究表明，重金屬可與沉積物中的有機質(zhì)或硫化物結(jié)合形成穩(wěn)定復(fù)合物，降低生物可利用性，這一過程被稱為“金屬固定化”。然而，在富營養(yǎng)化和人類活動密集干擾的近岸海域，對其動力學(xué)機制的系統(tǒng)研究仍相對缺乏。
我國是全球最大的水產(chǎn)養(yǎng)殖國，廣東省柘林灣則是粵東地區(qū)最大的海水養(yǎng)殖海灣。該灣因具備半封閉水動力條件、多種不同養(yǎng)殖類型和陸源有機質(zhì)與重金屬輸入顯著等特征，成為研究重金屬固定化的理想場所。近年來，薄膜擴散梯度技術(shù)（DGT）逐漸成為研究沉積物中金屬遷移與生物可利用性的重要手段；沉積物誘導(dǎo)通量模型（DIFS）則可用于揭示金屬解吸速率和動態(tài)遷移特征。然而，上述方法在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面的聯(lián)合應(yīng)用尚屬空白。
基于此，本研究選取柘林灣為研究對象，采用DGT原位監(jiān)測與DIFS模擬相結(jié)合的方法，開展鋁、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鎘和鉛10種重金屬動力學(xué)研究，對這些金屬在沉積物中的吸附速率（Kf）、解吸速率（Kb）及時間依賴的R值分布進行分析，建立了養(yǎng)殖區(qū)沉積物金屬固定化動力學(xué)研究的新框架，填補了相關(guān)研究空白。
研究結(jié)果表明：①10種金屬整體呈現(xiàn)出較強的固定趨勢，短期內(nèi)向水體釋放的風險較低。例如，鋅的最大總濃度高達347.82 mg/kg，被判定為中度污染，但固定化作用明顯。②通過引入SPI概率風險評估模型發(fā)現(xiàn)，DGT-可解離金屬的總體聯(lián)合生態(tài)風險概率為27.30%，其中錳（11.19%）和鋁（11.15%）是主要風險貢獻者。這一結(jié)果提示，即便沉積物整體具備固定化作用，部分金屬仍可能帶來潛在生態(tài)威脅。該研究成果不僅深化了對典型養(yǎng)殖海灣金屬環(huán)境行為的認識，也為未來海洋牧場和近海養(yǎng)殖區(qū)的污染防控提供了科學(xué)依據(jù)。研究團隊建議，未來應(yīng)結(jié)合地球化學(xué)與生物學(xué)實驗證據(jù)，進一步評估金屬固定化與再釋放的長期生態(tài)效應(yīng)。
本研究獲得了國家重點研發(fā)計劃（2022YFC3105600、2024YFD2401401）、國家自然科學(xué)基金（42322704、42277222）、廣東省自然科學(xué)基金（2023B1515020078）和中國水產(chǎn)科學(xué)研究院中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費（2023TD15）項目的資助。
全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0269749125011716
