湛江市红树林湿地沉积物重金属来源研究进展

摘要 湛江拥有中国最大的红树林保护区，部分学者对其境内红树林重金属污染进行研究。然而，大多数研究只关注重金属含量、重金属形态分析、重金属污染评价几个方面，对红树林湿地重金属污染来源仅做小篇幅的讨论，缺少对红树林湿地重金属多方面来源的考虑。对广东湛江红树林湿地沉积物重金属的可能来源进行综述，将自然因素与人为因素结合探讨，结果表明，大气沉降作用将人为活动产生的重金属污染物沉降至地面或水体，是造成红树林湿地土壤中Pb、Cd和Zn等重金属元素污染的主要自然源，同时也是红树林湿地局部气候环境中Hg元素的主要来源；水动力条件对重金属来源及分布的作用主要体现在通过水流对污染物进行运移和沉降；其余人为因素方面的影响主要是工业活动、农业活动和交通活动。

关键词 湛江市；红树林；重金属来源；湿地；沉积物

中图分类号 S 714  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）01-0005-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.01.002

Research Progress on Source of Heavy Metals in Sediment of Mangrove Wetlands in Zhanjiang City

TANG Dao-bin1， LI Qian2， LI Qiao-yun3

（1.College of Geography and Environment Science， Northwest Normal University， Lanzhou， Gansu 730070; 2.Guangzhou Marine Geological Survey， Guangzhou， Guangdong 510075;3.School of Geographical Science， Lingnan Normal University， Zhanjiang， Guangdong 504048）

Abstract It is the largest mangrove reserve in Zhanjiang City of China， so a large number of scholars have studied the heavy metal pollution of mangroves in Zhanjiang. However， most studies only focus on the content of heavy metals， heavy metal speciation analysis and heavy metal pollution evaluation， and only make a small discussion on the sources of heavy metal pollution in mangrove wetlands， lacking the consideration of various sources of heavy metals in mangrove wetlands. Therefore， the possible sources of heavy metals in mangrove wetlands of Zhanjiang City are summarized， and the combination of natural factors and anthropic factors are discussed in this study. The results show that atmospheric sedimentation settles heavy metal pollutants produced by human activities to the ground or water body， which is the main natural source of heavy metal pollution such as Pb， Cd and Zn in mangrove wetland soil. It is also the main source of Hg in the local climate environment of mangrove wetland. The effect of hydrodynamic conditions on the source and distribution of heavy metals is mainly reflected in the migration and settlement of pollutants through water flow. Other anthropic factors are mainly industrial activities， agricultural activities and traffic activities.

Key words Zhanjiang;Mangrove;Sources of heavy metals;Wetland;Sediment

基金项目 广东省湛江市海洋青年人才创新项目（2021E05018）；国家级大学生创新创业训练计划（20211057900）；广东省大学生创新创业训练计划（S201910579019）。

作者简介 唐道斌（1997—），男，广东湛江人，硕士研究生，研究方向：第四纪地质和环境地球化学。

收稿日期 2022-03-03

广东湛江红树林国家级自然保护区拥有中国最大的红树林保护区。红树林湿地具有较大的生态价值，是防治浪潮、水土流失、洪水、风暴和海啸的一个天然屏障［1］。随着我国对“双碳”工作的日益重视，红树林湿地生态系统在碳汇方面对应对气候变化的重要作用也逐渐显现。红树林湿地生态系统将CO2转化为有机碳的速度高于地球上任何其他种类的生物栖息地，这种独特的生态系统的碳汇作用比森林碳汇具有更高的潜力［2］。然而，随着沿海地区经济的快速发展，水路交通的增加、生活和工业污水的排放，大量的重金属进入滨海湿地，导致红树林湿地重金属污染日益加重，严重影响到了红树林湿地的保护和恢复［3］，对红树林湿地的生物多样性及人类健康产生极大的危害［4］。加强红树林保护和修复是我国海洋生态文明建设和国土空间生态保护修复的重要内容。《红树林保护修复专项行动计划（2020—2050年）》指出对现有红树林实施全面保护，提升红树林生态系统质量和功能，为我国红树林生态修复工作提供指导［5］。此前，已有学者针对湛江红树林湿地沉积物、湿地植物、湿地水体进行了重金属含量及分布、重金属形态分析等方面的研究，从总体上了解红树林湿地的重金属污染状况、探讨红树林重金属污染来源以及变化迁移规律［6-18］。在红树林湿地重金属来源方面，学者运用相关性分析、因子分析、主成分分析等统计分析方法对红树林重金属进行来源解析。结果表明，红树林湿地重金属污染的来源主要有工业活动、农业活动、交通活动以及生活污染。重金属污染来源复杂，不仅仅是人为因素的作用，自然因素的作用也不可忽视。而在自然因素方面，大部分学者只考虑到了自然风化产物的输入作用，对其他自然因素的影响作用的分析有所缺乏［6-12］。系统地了解红树林湿地重金属来源，有助于对红树林湿地的保护和修复，更有针对性地研究修复方式，从来源上减少甚至消除污染物排放这一威胁因素。因此，该研究尝试将大气沉降、水动力这2个自然因素与人为因素结合，对湛江红树林湿地的重金属来源展开分析，以期为湛江红树林湿地重金属污染治理提供借鉴。

1 湛江红树林分布特征

广东湛江红树林国家级自然保护区位于中国大陆最南端，分为72个保护小区，总面积 20 278.8 hm2。保护区西北以高桥片（高桥红树林）为主，地理坐标为109°44′9″～109°56′10″ E，21°9′19″～21°34′15″N；东北以官渡片为主，最东以湖光片为主，东南以和安片为主，西南片以角尾片为主。 横跨徐闻县、雷州市、遂溪县、廉江市、吴川市五县（市）及麻章、坡头、东海岛、霞山四区［19］。作为我国红树林面积最大的自然保护区（图1），现有红树林 7 242.0 hm2，人工造林未成林 25.6 hm2，天然更新红树林509.4 hm2［20］。湛江红树林主要以红海榄群（Rhizophora Formation）、林榄群落、秋茄群落（Kandellia Formation）、白骨壤（Avicennia Formation）和桐花树群（Aegiceras Formation）为主［21］。

2 湛江红树林湿地重金属含量及分布

目前红树林湿地沉积物重金属研究主要集中在砷（As）、镉（Cd）、钴（Co）、铬（Cr）、铜（Cu）、汞（Hg）、锰（Mn）、镍（Ni）、铅（Pb）、锌（Zn）元素。湛江红树林湿地沉积物重金属含量统计如图2所示，在8个红树林湿地分布区域11种重金属元素里，As、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Mn、Ni、Zn 9种元素重金属含量平均值超过雷州半岛土壤环境背景值［22］。但在东海岛和南山镇的As、高桥镇的Pb超过了国家土壤环境质量一级标准（GB 15618—1995）。通过比较，除了Co、Cr、Cu、Ni、Pb、V外，As、Cd、Hg、Mn、Zn在8个红树林湿地分布区域中有明显差异。其中，在东海岛，除了重金属Cd、Cu、Pb、Hg，重金属As、Co、Cr、Ni、Mn、Zn、V的含量对比观海长廊等其他红树林湿地分布区域都比较高。尤其是东海岛和南山镇重金属As含量，分别为18.025 0和16.202 6 mg/kg，分别是背景值的3.34和3.00倍，明显高于其他分布区域；东海岛和高桥镇重金属Mn含量差异也明显；观海长廊重金属Cd含量为0.151 mg/kg，是背景值的5.03倍，明显高于其他研究区域；除了特呈岛和企水镇，其他研究区域重金属Hg含量都较高，均超过背景值。总体来看，各研究区的11种重金属平均含量：东海岛＞附城镇＞高桥镇＞南山镇＞观海长廊＞和安镇＞特呈岛＞企水镇。雷州半岛西岸红树林湿地分布区重金属平均含量的总和低于东岸红树林湿地分布区。

3 湛江红树林湿地重金属来源

3.1 大气沉降

大气沉降是指大气中的污染物通过一定的途径被沉降至地面或水体的过程，分为干沉降和湿沉降［23］。通过大气沉降，Pb、Cd、Zn等重金属进入土壤，是土壤重金属污染的重要来源之一，尤其是在靠近垃圾焚烧池、采矿、冶炼等活动地区。近年，随着湛江东海岛宝钢、中科炼化、晨鸣纸业、冠豪高新特种纸业等项目落户建成，排放的废气经大气沉降后不断地在红树林湿地沉降下来并累积，是红树林湿地重金属污染的重要来源之一。郑娜等［24］对锌冶炼厂周围土壤有毒元素研究表明，Cd、Pb、Zn、Hg等有毒元素浓度非常高，且主要来源于大气沉降。而重金属元素中Hg常温下为液态，易挥发，是大气沉降主要的重金属元素。湛江红树林保护区阳光充足，年平均太阳总辐射强度达到4 500～5 600 MJ/m2。光照条件下，湿地沉积物中其他化学形态的Hg转化为Hg0［25］，大量释放到大气中。进入大气中的汞一部分通过植物吸收和大气沉降重新回到红树林湿地，造成红树林湿地局部小循环，另一部分随大气循环迁移到其他地方，参与全球性大气循环［26］。因此，对于靠近红树林湿地的居民区居民来说，会造成潜在的健康风险，如观海长廊、金沙湾等地区。

3.2 水动力

水动力条件对重金属元素含量分布的作用主要是通过水流对污染物的运移和沉降来实现。目前普遍认为大量重金属废水排放入海后，由于各种物理、化学过程，迅速由水相转化为固相，吸附在悬浮物中，而悬浮物在随水流运动过程中，逐渐转化为沉积物。尤其是在河口地区，大量的陆源污染物汇入海洋，随着洋流扩散到其他地区，对沿海城市造成一定的海水污染等环境问题。由图3可知，广东存在着一股终年向西的沿岸流，即粤西沿岸流［27］。在粤西沿岸流的作用下，珠江口排放的重金属污染物沿着海岸线向西扩散，同时谭江、漠阳江和鉴江流域的城区的“三废”污染物等也在粤西沿岸流作用下向西扩散，到达雷州半岛的东部海域，并在潮汐等水动力作用下，被雷州半岛东岸红树林湿地截留。陈亮［28］对雷州半岛东部海域常量元素分析表明，该海域沉积物主要来自珠江流域及粤西径流的陆源物质。夏季，在雷州半岛东部的气旋式环流［29-30］和海南岛东部的终年较强的东北向的南海暖流［31］的双重作用下，雷州半岛东部地区红树林湿地沉积物重金属更难以向远洋扩散，造成了雷州半岛东岸红树林区不断地累积粤西沿岸流带来的重金属污染物，这可能是雷州半岛东岸红树林区（附城镇）重金属平均含量高于西岸红树林区（企水镇）的原因之一。相似地，海口市南渡江排放的污染物在琼州海峡终年向西的潮流作用下［28］，带至南山镇红树林湿地沉积物里。湛江港由东海岛、南三岛、特呈岛、东头山岛四岛围绕形成，是一个典型的口小腹大的海湾，水流平稳，是天然的深水港，但不利于污染物扩散到湾外。由于湛江湾地形的影响，在东头山岛与特呈岛之间存在着一股顺时针运动涡流［32］，而南柳河入海口恰好位于两岛之间。南柳河排放的陆源污染物在涡旋的作用下，迁移到特呈岛南侧的红树林湿地并沉积下来，这可能是特呈岛红树林湿地重金属来源之一，而不仅仅是附近居民生活污水排放、化肥、渔船涂料［11］。

3.3 工业活动

工业活动是红树林湿地重金属污染的重要来源之一，如矿山开采、冶炼、电镀和染料等活动过程中产生的废水、废渣、废气等。湛江湾是湛江市工业活动集中区域，包括宝钢、中科炼化和港口等，同时也是观海长廊、特呈岛、东海岛和南三岛红树林湿地分布的区域。湛江港沿海区、调顺岛沿海区、麻斜沿海区，这些海区都是湛江居民密集区，工业和港口集中所在地，大量的陆源污染物和工业排放物排入湾内［33］，易造成湾内红树林湿地重金属污染。郭笑宇等［34］研究表明，Cd、Cu和Pb的含量最高值恰好在特呈岛的北岸海域，即霞山区沿海、麻斜地区的出水口。观海长廊位于湛江沿海，工业较为集中，电镀、染料厂排放的“三废”［35］加上菉塘河的入海口位于观海长廊红树林区，以及附近工地建筑活动对观海长廊红树林重金属污染造成一定影响。特呈岛和南三岛上虽然没有发现工业和企业，其红树林湿地重金属污染来源之一可能是大气沉降和海湾涡旋的作用，将湾内工业活动产生的污染物带至特呈岛和南三岛红树林区。通明海的红树林湿地所在的对岸有湛江晨鸣纸业有限公司，受其废水排海的影响，该区 Zn 的含量普遍较高［16］。