滩涂位于海陆交界处，是生态资源极为丰富的区域，也是人类生存发展的重要空间载体，受到人类活动影响较强(Geng et al, 2024; Lu et al, 2019)。随着沿海地区社会经济的快速发展，越来越多的污染物输入至近岸海域，严重影响了近岸海域生态环境(Zhao et al, 2019)。滩涂沉积物是各种污染物质的“汇”，污染物可以通过一系列物理变化如吸附、堆积和沉淀等过程在沉积物中富集(Wang S et al, 2019)，因重金属具有环境持久性、较高毒性、隐蔽性及生物可蓄积性等特点，被认为是危害最严重的一类污染物(Ali et al, 2019)。沉积物重金属污染的潜在生态健康风险一直是国内外学者的研究热点(Angon et al, 2024; Ali et al, 2019; 徐勇等, 2019; Wu et al, 2017)。

海洋大型底栖动物通常以沉积物为直接生境，具有移动能力差、活动范围小的特点。滩涂表层沉积物为底栖动物提供附着、捕食及躲避不利环境的场所，对底栖动物的产卵、繁殖等生活史的重要阶段起着重要作用。底栖动物对环境污染敏感，其种类组成和数量变动对生态环境有指示作用，常作为海洋污染的指示生物(Armitage et al, 1983; Di et al, 1996)。近岸沉积物重金属的生态效应与底栖生物群落结构的变化密切相关，尽管底栖生物群落结构和功能受到食物、温度、捕食者、污染物等诸多因素的影响，但重金属是影响底栖生物群落结构和功能的重要潜在因素(吴斌, 2014)。

江苏如东所处位置位于中国最大的辐射沙洲，地理位置特殊，海岸线漫长，滩涂宽阔平坦(刘荣娟等, 2021)，是中国主要的文蛤(Meretrix meretrix)产地之一。随着如东沿海经济开发区的高速发展，大量的沿岸开发使得近岸文蛤养殖海域受到不同程度的污染，多次导致文蛤大面积死亡，特别是2002年10月如东洋口文蛤大面积死亡造成了巨大的经济损失(詹文毅等, 2003)。文蛤滩涂养殖区沉积物面临着重金属等污染压力。目前，对江苏如东滩涂沉积物重金属污染的研究大多集中在重金属元素来源和生物毒性评价(廖勇, 2012; 李磊等, 2012; 周超凡等, 2022)，有关江苏如东滩涂重金属分布特征与底栖动物分布特征相关性分析的研究尚未见有报道。本文分析了江苏如东文蛤滩涂养殖区沉积物7种重金属元素的分布特征，应用潜在生态风险指数法评价养殖区沉积物重金属的环境风险。同时，开展了底栖动物分布特征与重金属污染特征的相关性分析，旨在为江苏如东贝类滩涂的生态环境以及为文蛤滩涂资源的可持续发展提供参考。

1 材料与方法 1.1 调查区域

分别于2022年9月(秋季)、2022年12月(冬季)、2023年4月(春季)、2023年7月(夏季)在江苏如东文蛤滩涂养殖区进行采样调查，共设置12个站位(图 1)。

1.2 样品的采集与处理 1.2.1 沉积物样品

采集表层沉积物(0~15 cm)样品，用聚乙烯保鲜袋封装，风干，去除杂物和粗颗粒后，研磨160目过筛后混匀。样品的检测参照中华人民共和国质量监督检验检疫总局《海洋调查规范第5部分：沉积物分析》(GB 17378-2007)中的相关规定执行。Cu、Zn和Cr采用火焰原子吸收分光光度法(Sollar M6原子吸收光谱仪，赛默飞世尔科技公司)测定，称取0.3 g样品于坩埚中，加入10 mL HCl，于通风橱内电热板上90~100 ℃加热，使样品初步分解，待消解液蒸发至剩余约3 mL时，加入9 mL HNO₃，加盖加热至无明显颗粒，加入5~8 mL HF，于120 ℃加热30 min，加入1 mL HClO₄于150~170 ℃加热至冒白烟，加热时不时摇动坩埚。加入3 mL HNO₃，温热溶解可溶性残渣后冷却定容。Pb和Cd采用无火焰原子吸收分光光度法(MARS微波消解仪，美国CEM公司)测定，称取0.1 g的样品，精确到0.1 mg，放入微波消解罐内，加入8 mL硝酸，先20 min升温至190 ℃，保持温度25 min，消解完成后将消解液转移至50 mL容量瓶，纯水定容，待测。Hg和As采用原子荧光法(原子荧光光谱仪AFS-680，北京瑞利分析仪器有限公司)测定，取0.5 g干燥样品，置于耐高压聚四氟乙烯消解罐中，加入6 mL HCl和2 mL HNO₃，振荡摇匀，放置一段时间，反应结束后密封消解罐，放入微波消解炉中消解。消解后冷却至室温、放气、定容，4 ℃冰箱保存待测。

1.2.2 底栖动物样品

用定量采样框(0.5 m×0.5 m)在每个站位取4~8个样方，每个样方的采样面积为0.25 m²。将每个站位多个样方提取的生物样合并为一个样品，放入旋涡分选装置中淘洗，用两层筛进行分选(筛孔目1.0 mm)。底栖动物栖息密度和生物量分别以ind./m²和g/m²计算，具体处理步骤均参照中华人民共和国质量监督检验检疫总局《海洋调查规范第6部分：海洋生物调查》(GB12763.6-2007)进行。

1.3 重金属潜在生态风险指数计算

采用Hakanson (1980)提出的潜在生态风险指数法进行重金属污染评价。其计算公式为：

$ C_f^i = C_s^i/C_n^i $

(1)

$ E_r^i = T_r^i \times C_f^i $

(2)

$ {\text{RI}} = {\Sigma}E_r^i = {\Sigma}T_r^i \times C_s^i/C_n^i $

(3)

式中，$C_f^i$为第i种重金属元素的污染系数，$C_s^i$为沉积物中第i种重金属含量的实测值(mg/kg)，$C_n^i$为背景值，$E_r^i$为第i种重金属的潜在生态风险系数，$T_r^i$为第i种重金属的毒性响应系数($T_r^{{\text{Hg}}}$=40，$T_r^{{\text{Cd}}}$=30，$T_r^{{\text{As}}}$=10，$T_r^{{\text{Pb}}}$=$T_r^{{\text{Cu}}}$=5，$T_r^{{\text{Cr}}}$=2，$T_r^{{\text{Zn}}}$=1)，RI为沉积物中多种重金属潜在生态风险指数。根据李一蒙等(2015)提出的方法，对生态风险等级划分标准进行调整，调整后的分级标准见表 1。

本研究选取1980年江苏沿海滩涂(陈邦本等, 1985)重金属元素浓度作为如东近海环境中的自然背景值($C_n^i$)，Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As和Hg含量分别为15.02、11.4、47.15、0.04、60.11、7.38和0.023 mg/kg。该背景值已被广泛应用于相关研究中(周超凡等, 2022)。

1.4 底栖动物多样性指数

采用物种优势度指数、物种丰富度指数d、物种多样性指数H′和物种均匀度指数J'分析文蛤滩涂养殖区大型底栖动物的群落特征。

物种优势度指数计算：

$ y = {f_i} \times {p_i} $

(4)

物种丰富度指数d采用中华人民共和国质量监督检验检疫总局海洋《调查规范第7部分：海洋调查资料交换》(GB/T 12763.6-2007) Margalef指数计算：

$ d = \frac{{S - {\text{1}}}}{{{\text{lo}}{{\text{g}}_{\text{2}}}N}} $

(5)

物种多样性指数H´采用中华人民共和国质量监督检验检疫总局海洋《调查规范第7部分：海洋调查资料交换》(GB/T 12763.6-2007) Shannon指数计算：

$ H' = - {\Sigma}\left({\frac{{{n_i}}}{N}} \right) \times {\log _2}\left({\frac{{{n_i}}}{N}} \right) $

(6)

物种均匀度指数J´采用中华人民共和国质量监督检验检疫总局海洋《调查规范第7部分：海洋调查资料交换》(GB/T 12763.6-2007) Pielou指数计算：

$ J' = H'/{\log _2}S $

(7)

式中，${f_i}$为种i在采样点的出现频率，${p_i}$为种i的个体数占总个体数的比，N为生物个体数，S为样品中的种类总数，n_i为第i种的个体数。y＞0.02时，定为优势种。

1.5 多样性指数评价法

参照中华人民共和国生态环境部《近岸海域环境监测规范》(HJ442-2008)中的生物多样性指数评价标准来评价生境质量等级(表 2)。

1.6 数据处理

采用约束排序(constrained ordination)方法分析文蛤滩涂养殖区大型底栖动物种类组成与重金属元素指数的关系，物种矩阵通过转换，对12个采样点的7个重金属元素指数和4种大型底栖生物类群(多毛类、软体动物、节肢动物及其他动物)进行分析。通过除趋势对应分析(DCA)确定模型。如果4个轴中的最大梯度 > 4，则应采用单峰模型(典范对应分析，CCA)进行分析；如果最大梯度 < 3，则宜采用线性模型(冗余分析，RDA)；而若最大梯度介于3和4之间，则2种模型均可使用。重金属元素指数的显著性由蒙特卡罗置换检验确定(刘小雪等, 2022)。采用生态学统计分析软件Canoco 4.5进行分析。

采用CorelDRAW Graphics Suite 2024软件制作站位图，采用SPSS 25.0软件进行实验数据的统计分析，采用Origin 8.0和Surfer 25软件绘图。

2 结果 2.1 沉积物中重金属的含量及空间分布

表层沉积物中各重金属元素的含量变化情况见表 3，Zn、Cu、Pb、As、Hg和Cd元素均符合国标中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局《海洋沉积物质量》(GB18668-2002)中的一类标准，未出现重金属含量超标。Cr元素最高值和夏季平均值超过了海洋沉积物质量一类标准，符合海洋沉积物质量二类标准。表层沉积物中重金属元素平均含量由高到低依次为Cr、Zn、Pb、Cu、As、Cd和Hg。各元素变异系数由高到低依次为Hg、Cd、Cr、As、Pb、Cu和Zn。

沉积物中重金属的赋存量能够反映该区域重金属的污染水平，其平面分布状况能够映射该区域的重金属来源，并进一步掌握该污染物的扩散情况。江苏如东滩涂表层沉积物平均重金属含量的空间分布见图 2。整体上，4个季节江苏如东滩涂表层沉积物中Zn、Cu、Pb、As、Hg、Cd和Cr的含量分布趋势为调查区域从南到北依次降低，高值区位于调查区域中部。江苏如东滩涂沉积物中Cu含量随着离陆地的距离增加含量而减少。调查区域南部的Zn含量最高，从南到北含量依次降低。Cr含量最高的区域位于调查区域东南部，西南部出现Cr含量高值中心，调查区域从南到北含量依次降低。Pb含量最高的区域位于调查区域的西南部，东北部出现Pb含量高值中心，从西南部依次减小到中部出现最小值，随后又逐步增大。调查区域的Cd含量呈现西部低、东部高的特点，最高值出现在中东部。调查区域的As含量东南部低，东北部和西南部都有高值的出现。Hg含量呈现调查区域中部高、四周低的特点，最高值出现在调查区域中部。

2.2 沉积物中重金属潜在生态风险评价

江苏如东滩涂表层沉积物中重金属Cu、Zn、Cr、Pb和As的单项潜在生态风险指数均小于40 (表 4)，属轻微风险，Cd和Hg的单项潜在生态风险指数$E_r^i$较高，分别为45.00~65.63、24.35~76.09，所有站位Cd为中等风险，约有33%的站位Hg属于中等风险，其余站位为轻微风险。各重金属的平均单项潜在生态风险指数$E_r^i$为Cd＞Hg > As > Pb > Cu＞Cr > Zn。

全年平均综合潜在生态风险指数为90.49~145.78，平均值为110.68，参照潜在生态风险等级划分，沉积物整体处于中等风险水平。12个采样站位中，9号站的风险指数值RI最高(145.78)，处于中等风险水平；11号站的风险指数值RI最低(90.49)，处于轻微风险水平。各重金属的单项潜在生态风险指数$E_r^i$为Cd＞Hg > As > Pb > Cu＞Cr > Zn。

各采样站位中重金属单项潜在生态风险指数$E_r^i$占RI的比例见图 3。各采样站位生态风险主要来自Cd、Hg和As。4次采样中，重金属Cd是如东滩涂沉积物潜在生态风险最高的主要贡献元素，也是如东滩涂沉积物污染的主要元素。

综合潜在生态风险指数的空间分布见图 4。春季，风险指数值RI 2号站最高(108.64)，最低为12号站(72.55)，其余站位均处于轻微风险水平；夏季，10号风险指数值RI最高为116.82，其次为1号站(111.49)，其余站位均处于轻微风险水平；秋季和冬季，风险指数值RI最高的前3位为9号站 > 10号站 > 2号站(143.62)，秋季和冬季各有8个站位为中等风险水平。综合潜在生态风险指数平均值冬季最高(125.32)、秋季其次(123.90)，处于中等风险水平；夏季较低(105.98)、春季最低(87.51)，处于轻微风险水平。

江苏如东滩涂平均综合潜在生态风险指数的空间分布见图 5。平均综合潜在生态风险指数分布趋势呈现中部高、西南部低的特点。高值区位于调查区域的中部，最低值出现在调查区域西南部。

2.3 底栖动物生物指标的时空分布

4次采样中，共采集到大型底栖动物68种(表 5)，包括多毛类30种，软体动物18种，节肢动物14种，腔肠动物4种，纽形动物1种，腕足动物1种。其中，4号站采集到的种类最多，为22种；其次3号站采集到18种，7号站采集到种类最少，为12种。各采样站位丰富度指数d范围为0.74~5.01(SD=±1.19)，均匀度指数J′范围为0.25~0.92(SD=±0.15)，多样性指数H′的范围为0.99~3.79(SD=±0.65)。

文蛤滩涂养殖区底栖动物生物指标时空分布见图 6所示。春季丰富度指数d平均值为4.28，均匀度指数J′平均值为0.50，多样性指数H′平均值为2.54；夏季丰富度指数d平均值为1.50，均匀度指数J′平均值为0.66，多样性指数H′平均值为2.10；秋季丰富度指数d平均值为3.57，均匀度指数J′平均值为0.56，多样性指数H′平均值为2.65；冬季丰富度指数d平均值为3.77，均匀度指数J′平均值为0.49，多样性指数H′平均值为2.32。其中，3号站的丰富度指数d、多样性指数H′最大，8号站的均匀度指数J′最大。11号站多毛类密度最高，软体动物密度最大值出现在10号站，节肢动物密度最大值出现在9号站。从时间分布来看，多毛类密度、软体动物密度最高出现在春季，春季丰富度指数d、多样性指数H′最大，冬季的节肢动物密度最高。夏季的均匀度指数J′最大。4个季节多样性指数H′均值均在2~3之间，对照生物多样性指数评价标准，4个季节生物多样性均属于较丰富水平，生境等级处于“一般”水平。

2.4 重金属潜在生态风险与底栖动物特征的相关性

将如东滩涂各站位底栖动物特征与其沉积物重金属元素指数进行相关性分析(表 6)，结果显示，底栖动物中多毛类密度与Cu、Pb、Cr、Cd重金属元素指数和RI具有显著负相关关系(r= –0.343，P < 0.05；r= –0.546，P < 0.01；r= –0.463，P < 0.01；r= –0.460，P < 0.01；r= –0.301，P < 0.05)。底栖动物丰富度指数d与Pb、Cr、As重金属元素指数具有显著负相关关系(r= –0.733，P < 0.01；r= –0.861，P < 0.01；r= –0.355，P < 0.05)，底栖动物多样性指数H′与Pb、As重金属元素指数具有显著负相关关系(r= –0.369，P < 0.01；r= –0.297，P < 0.05)。

根据DCA结果，各排序轴的最大梯度长度小于3，选用线性模型(冗余分析，RDA)分析大型底栖动物和重金属环境因子的关系，结果见图 7。通过将各类群大型底栖动物密度和重金属元素指数进行转换，并经过蒙特卡罗置换检验，预选出符合条件的重金属环境因子，显示为Cr (显著性水平P=0.004，F检验值σ_F=7.1)、Cu (P=0.19，σ_F=1.7)、Zn (P=0.276，σ_F=1.2)、Cd (P=0.366，σ_F=1.0)、Hg (P=0.416，σ_F=1.0)、As (P=0.57，σ_F=0.6)、Pb (P=0.648，σ_F=0.5)。大型底栖动物密度在轴1与轴2的解释率分别为16.65%、5.25%，累计解释率为21.9%。由图中箭头长度可看出，重金属环境因子和大型底栖动物种类的相关性由大到小依次为Cr、Pb、Cu、Hg、Zn、Cd和As。

3 讨论 3.1 沉积物中重金属含量季节变化特征及区域对比

4次调查结果显示，江苏如东滩涂沉积物中重金属年平均含量无明显变化，Cr元素最高值和夏季平均值超过了海洋沉积物质量一类标准，符合海洋沉积物质量二类标准。Hg的变异系数最大，达55.44%，其次是Cd，变异系数为41.49%，这表明Hg和Cd的含量空间分布相对不均匀，离散性较大，主要是由于这2种元素在滩涂内局部地区受到某种潜在来源的控制。重金属Cu、Zn、Cr、Pb和As变异系数均小于40%，表明其含量的空间分布相对均匀，波动程度小，说明在滩涂水动力条件下，其迁移能力较强，含量受自然和人为的共同影响。

本研究中重金属Cu、Zn、Cd和Hg的冬季平均含量高于夏季，与焦龙等(2016)通过实验验证温度升高会促进沉积物中的重金属离子向上覆水体释放的结果相一致，温度升高会促进沉积物中重金属向水相的迁移，季节性的温度变化会对沉积物中重金属的释放量产生影响。如东滩涂各站位主要生态风险来自Cd、Hg和As，这3种重金属是工业排污的重要成分，陆源输入等途径是其主要来源(Lin et al, 2021)。As在自然环境中极少，它是化肥和农药的主要成分(Tang et al, 2019)，滩涂贝类养殖区使用农药消杀贝类敌害物种是As污染的主要来源。沉积物中大部分Pb来自大气沉降，且Pb与区域内渔港船舶的污染排放有关(Saeedi et al, 2009)。研究表明，Zn与镀锌工业和机械制造业有关，而Cr则大量应用于化工业和镀铬工业(刘珊珊等, 2013)，调查区域近岸不断发展的化工及港口码头行业为这些重金属提供了陆源输入途径。

本研究中所有重金属元素含量由陆向海变化不大，与黄华瑞等(1992)研究的滩涂沉积物中的重金属含量由陆向海明显减少的结果不一致，可能与如东涨潮历时略大于落潮历时，平均涨潮流速小于平均落潮流速，潮周期内推移质有一定的向海净输运(刘秀娟等, 2010)有关。同时，该区域贝类人工采捕活动中各类机械设备带来的油污亦会导致重金属分布特征发生变化，影响沉积物重金属分布格局的改变。

将本研究区域与国内外农渔业区对比(表 7)，可以看出不同地区、不同类型之间的重金属含量差异很大。本研究区域Cr浓度与国内其他地区基本保持一致，但显著高于国外滩涂，污染程度偏高。除Cr外，其余6种重金属(Cu、Zn、Pb、Cd、As和Hg)浓度均处于较低水平。本研究区域4种重金属(Cu、Zn、Pb和Cd)浓度显著低于波斯湾。对比江苏沿海滩涂，本研究区域除Cr以外6种重金属含量均偏低，说明如东滩涂在江苏沿海滩涂中为受到重金属污染较轻的区域。本调查区域以砂质底质为主(黄润秋等, 2020)，底质沉积物较细时，重金属含量较高；底质为粗颗粒时，重金属含量较低(罗昆等, 2017)。

3.2 大型底栖动物特征季节变化

4个季节中，大型底栖动物物种数为冬季 > 秋季 > 春季 > 夏季，不同季节均以多毛类物种数最多，软体动物类群其次。大型底栖动物3种多样性指数中，丰富度指数d春季最高，夏季最低；均匀度指数J′夏季最高，冬季最低；多样性指数H′秋季最高，夏季最低。本次调查中，夏季各站位的多样性指数H′值均小于3，生境质量等级为一般水平，主要是由于夏季文蛤采收，采捕翻耙活动对表层的沉积环境造成剧烈的物理扰动，对大型底栖动物的生境造成了一定的破坏(丁敬坤等, 2020)。另外，文蛤的养殖活动对大型底栖动物生态系统有扰动作用，文蛤自身的滤食和挖掘等活动对该区域沉积环境的化学过程产生扰动。

本次调查江苏如东文蛤滩涂养殖区年平均总栖息密度为231.2 ind./m²，年平均总生物量为404.3 g/m²。与临近的江苏启东滩涂养殖区调查(张虎等, 2009)、江苏中南部潮间带(张虎等, 2014)以及长江口北支水域潮间带(罗民波等, 2006)相比，本次调查江苏如东文蛤滩涂养殖区底栖动物生物量和栖息密度均高于上述附近滩涂生物量和栖息密度，说明本区域生物资源量较丰富。

3.3 沉积物中重金属污染与底栖动物分布的响应关系

底栖动物的生活史与表层沉积物存在密切关联，底栖生物的生长、发育、筑巢、觅食以及繁殖等生命活动全部或部分过程在表层沉积物中完成。底栖动物在生命过程中会从沉积物中蓄积大量重金属，当重金属在底栖动物体内蓄积浓度达到一定阈值时，就会对底栖动物的生理生化、遗传基因表达、新陈代谢、行为方式等过程产生毒性效应，影响底栖动物种群以及群落结构的完整和多样性(田文龙, 2022)。

本研究中底栖动物多毛类密度与Cu、Pb、Cr、Cd重金属元素指数和RI具有明显的负相关关系，说明重金属生态风险较高的地方不适宜多毛类动物生存。本研究中多毛类动物密度与Cu、Pb、Cr、Cd重金属元素指数和RI具有明显的负相关关系，当沉积物中重金属含量较高时，生物多样性会降低，导致耐污种大量存活，并成为优势种(戴奇等, 2010)，影响本调查海域中多毛类动物种群的变动。本研究结果与张莹等(2012)及杨丽等(2005)的研究结果相一致。

本研究中节肢动物密度与Hg重金属元素指数呈极显著正相关关系(P < 0.01)，与Zn重金属元素指数呈显著正相关关系(P < 0.05)，可能是由于节肢动物具有较强的耐受性。据研究，节肢动物可以通过粪便、蜕皮壳、中肠上皮组织和细胞等将重金属排出体外(李博雅等, 2019)。本研究结果与Wang X等(2019)研究发现，部分节肢动物与沉积物Cr、Pb浓度呈极显著正相关的结果相一致。不同研究中底栖动物不同类群与重金属的相关性分析说明暴露于重金属的底栖动物在群落结构和功能上可能会发生一系列变化，例如物种组成和丰度(吴斌, 2014)，这种相关性也在李利强等(2016)报道的寡毛类底栖动物密度与重金属含量呈极显著正相关的研究中得到印证。本研究中底栖动物丰富度指数d与Pb、Cr、As重金属元素指数具有明显的负相关关系，多样性指数H′与Pb、As重金属元素指数具有明显的负相关关系，说明沉积物重金属含量对于底栖动物多样性和丰富性有较大负面影响，易导致物种单一化(徐霖林等, 2011)。

4 结论

本研究通过对江苏如东县文蛤滩涂养殖区7种重金属元素污染特征调查发现，Zn、Cu、Pb、As、Hg和Cd元素均符合《海洋沉积物质量》(GB18668-2002)中的一类标准，未出现重金属含量超标。Cr元素最高值和夏季平均值超过了海洋沉积物质量一类标准，符合海洋沉积物质量二类标准。调查区域的平均综合潜在生态风险指数RI分布趋势呈现中部高、西南部低的特点。各重金属的单项潜在生态风险指数由高到低依次为Cd、Hg、As、Pb、Cu、Cr和Zn。4个季节中，多样性指数H′均值在2~3之间，生物多样性均属于较丰富水平，生境等级处于“一般”水平。底栖动物中多毛类密度与Cu、Pb、Cr、Cd重金属元素指数和RI具有明显的负相关关系。丰富度指数d与Pb、Cr、As重金属元素指数具有明显的负相关关系。多样性指数H′与Pb、As重金属元素指数具有负相关关系。