潮间带湿地是河流、海洋和陆地交互作用而形成的特殊生态系统，在保护生物多样性及维持沿海水体水质方面发挥着重要作用[1]。而潮间带作为连接陆地和海洋的纽带，受人类影响严重，是陆源污染物进入海洋的主要途径和污染物富集的重要场所[2]。重金属因难以降解使其产生的污染具有持久性，在环境条件发生改变时，沉积物中的重金属会释放进入水体，沿着食物链危害海洋生态系统和人类健康，造成“二次污染”[3-6]，因此，沉积物中的重金属已成为环境质量监测和评价的重要指标之一。

潮间带湿地沉积物为重金属的沉积库，对河口生态系统的生物地球化学循环过程产生重要影响，因此，研究盐沼湿地沉积物重金属分布与累积具有重要意义[7]。目前，很多学者关注潮间带湿地沉积物重金属污染问题，研究主要集中在人类活动对潮间带湿地沉积物重金属污染的影响[8]，但对重金属在不同盐沼生境之间的分布及其影响因素的研究还相对较少。盐沼湿地沉积物重金属分布与累积受到很多生物、物理和化学因素的影响，如植物对重金属的吸收与再释放、植被盖度、生物活动、人类活动、水动力条件、沉积物粒径及其有机质含量和温度[9-13]。

长江口是世界最重要的河口之一，约90%的陆源物质经由长江口进入东海，其中大量污染物被转移到了沉积物中，成为长江三角洲地区生态环境的长期潜在影响因素[14]。海三棱藨草Scirpus mariquete和芦苇Phragmites australis是长江口盐沼湿地的土著植物物种，特别是前者为中国特有种，但互花米草Spartina alterniflora所造成的生物入侵和过度围垦导致海三棱藨草分布面积急剧减少，其生存受到了极大的威胁。因此，上海市启动实施了一些互花米草控制和海三棱藨草恢复的工程。一些学者对长江口潮间带沉积物重金属进行了污染评价，在根际重金属含量的季节变化，植物对重金属的吸收，重金属的沿岸、垂岸、垂向空间分布及其与沉积物有机质和粒径等因子的关系等方面进行了研究报道[15-25]，但采样时间较早且对不同盐沼生境间重金属变化的研究较少[26]。本研究中，通过测定长江口存在藨草潮间带湿地的不同生境7种沉积物重金属，探讨重金属的空间分布及其生境间的差异性，并对重金属污染程度进行评价，以期为长江口潮间带湿地的保护和污染防治提供理论依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

芦潮港人工湿地位于长江三角洲陆上部分的东南角(30°51′478″N, 121°55′36″E)，处在长江口和杭州湾水动力的交界带，附近有芦潮港码头、东海大桥和滨海湿地自然风景，吸引了大量附近居民前来观潮和拾贝等，因此，常常受到严重的踩踏等人为干扰。湿地植被主要包括海三棱藨草和互花米草。

南汇东滩湿地亦位于长江口和杭州湾的交互地带(30°58′26″N, 121°58′6″E)，滩涂动力沉积和地貌演变过程主要受到长江入海水沙、近岸水沙输移、沉积动力过程、地貌冲淤变化和围垦工程的影响。该湿地有大量渔民活动，在滩涂使用渔船或简易设备偷捕鱼类或梭子蟹Portunus等经济水生动物。湿地距老港排污口约13.4 km，沉积物重金属含量可能受到排污的影响。湿地植被主要有海三棱藨草和芦苇。

炮台湾森林公园湿地位于上海市宝山区东部(31°23′49″N, 121°30′30″E)，该公园在长江滩涂自然湿地基础上扩建而成，东临长江、黄浦江，沿江岸线长达1.97 km，其西南角是著名的吴淞口，日常货运船只繁忙。湿地距石洞口排污口约11.2 km，距竹园排污口约12.1 km，沉积物重金属含量亦可能受到排污影响，湿地植被主要为藨草Scirpus triqueter和芦苇。

崇明东滩团结沙湿地(31°27′32″N, 121°55′53″E)和东旺沙湿地(31°34′53″N, 121°54′59″E)位于上海市崇明东滩鸟类自然保护区，是长江口地区最大的自然湿地之一。东滩湿地作为国家级自然保护区，受人为因素影响较小。崇明东滩团结沙湿地的植被主要为藨草属(包括藨草和海三棱藨草)和芦苇。东旺沙湿地对互花米草进行了治理，植被仅存海三棱藨草。

1.2 方法

1.2.1 样品采集与预处理 2018年8—9月，于芦潮港人工湿地、南汇东滩湿地、炮台湾森林公园湿地、崇明东滩团结沙湿地、崇明东滩东旺沙湿地[下文分别简称为芦潮港(LCG)、南汇东滩(NHDT)、炮台湾(PTW)、团结沙(TJS)、东旺沙(DWS)](图1)进行沉积物样品的采集。根据高程从高到低排序，芦潮港主要生境为互花米草、海三棱藨草和光滩，南汇东滩主要生境为芦苇、海三棱藨草和光滩，炮台湾主要生境为芦苇、藨草和光滩，团结沙主要生境为芦苇、藨草属植物(包括藨草和海三棱藨草)和光滩，东旺沙对互花米草进行了治理，植被仅存海三棱藨草。

采样点的布设为每一种植被设6个点，垂直于海岸设置3个平行，每个平行采集2个样品。光滩与植被采样方法相同。用于测定粒径的沉积物样品采集于2018年11月及2019年1月、4月、7月，与沉积物采集方法相同。

样品的采集、贮存和运输均按照 《海洋监测规范》(GB 17378—2007)的规定执行，于退潮时用柱状采泥器(底面直径5 cm，高20 cm)，采集潮滩湿地植物及沉积物(0～20 cm)，剔除石块、植物残体、贝壳等杂物，置于聚乙烯袋密封，保存在阴凉处，24 h内运回水产科学国家级实验教学示范中心实验室。沉积物经自然风干，按四分法收集，用研钵研磨，过0.15 mm网目的尼龙筛，置于聚乙烯样品袋贮存备用。

1.2.2 样品分析

1)沉积物重金属含量(质量分数，下同)的测定。沉积物样品重金属含量检测均在上海交通大学分析与测试中心进行。取沉积物(0.500±0.001)g风干样品于PTFE管中，加入3 mL氢氟酸、3 mL王水，置于石墨消解仪中消解，温度120 ℃，时长4 h。结束后再加入3 mL王水和2 mL高氯酸，继续加热，温度120 ℃，时长4 h。之后开盖将温度升至175 ℃进行赶酸，赶至溶液近干。取出前(120 ℃)加2 mL硝酸，10 mL纯水，加盖回溶4 h转入样品瓶，定容至50 mL。利用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES，型号为ICP7600)进行沉积物重金属Cu、Cr、Zn、Mn、As、Pb、Cd含量的测定。其仪器检出限(dl)分别为0.002、0.004、0.005、0.000 5、0.03、0.03、0.003 mg/L。每批样品取相同的两份，其中一份加入定量的待测成分标准物质，两份均按照样品处理步骤测定，加标的一份所得结果减去未加标的一份所得结果，其差值同分析物的加标量之比即为样品加标回收率。计算得出加标回收率为81.6%～108.4%。试验用标准物质为GSS-29(GBW07385，中国地质科学院地球物理地球化学勘察研究所)。分析过程中用沉积物标样进行质量控制，仪器分析结果与标准值误差均在允许范围内。

2)沉积物总氮(TN)和有机碳(TOC)含量(质量分数，下同)的测定。沉积物有机质影响重金属的吸附、络合与螯合作用及其迁移转化过程，进而影响重金属的累积，因此,重金属分布与有机质存在密切关系[23,27]。本研究中对沉积物TOC(可用来表征有机质的大小)和TN进行了测定。

TOC的测定：用1.0 mol/L的分析纯盐酸将样品中的无机碳酸盐去除，去除之后重新烘干研磨，称取0.25 g标准品(L-Glutamic acid)和0.20 g的沉积物样品放入专用样品管中，置于元素分析仪(艾力蒙塔)中测定。

TN的测定：称取0.25 g标准品(L-Glutamic acid)和0.20 g的沉积物样品放入专用样品管中，置于元素分析仪(艾力蒙塔)中测定。

3)沉积物粒径(GS)的测定。称取5.00 g沉积物干样放入100 mL的烧杯中，加蒸馏水浸泡24 h，再在烧杯中加入10 mL 10%(质量分数)H2O2溶液去除有机质，加入10 mL 10%(质量分数)HCl溶液去除钙质，加入蒸馏水对样品进行中和后再加入10 mL 6%(质量分数)六偏磷酸铵溶液，超声波震荡10 min后使用激光分析仪(MS2000)进行粒径测定，仪器测定粒径范围为0.02～2 000 μm，分析结果由计算机自动打印输出，主要内容包括体积平均粒径、中值粒径、峰态及粒度分布曲线等参数。每个样品采用体积平均粒径，每个湿地每种生境4个季节粒径数据的平均值即为每个湿地每种生境的粒径值。

1.2.3 重金属污染评价方法

1) 沉积物重金属地积累指数法。选择地积累指数(Igeo)法评价重金属污染程度[28]，计算公式如下：

Igeo=log2[wn/(K×Bn)]。

其中：wn为元素n在沉积物中的质量分数(mg/kg)(实测值)；Bn是元素n的地球化学背景值(mg/kg)；K为考虑各地岩石差异可能会引起背景值的变动而取得系数，一般取值为1.5[23]。

本研究中以上海市土壤重金属的地球化学背景值作为参比值，Cu、Cr、Zn、Mn、As、Pb、Cd的背景值分别为26.7、74.4、78.2、560.2、8.8、17.0、0.18 mg/kg [29]。根据Igeo值将污染等级分为7级(0～6级)：0级，Igeo≤0，清洁；1级，0<Igeo≤1，轻度污染；2级，1<Igeo≤2，偏中度污染；3级，2<Igeo≤3，中度污染；4级，3<Igeo≤4，偏重污染；5级，4<Igeo≤5，重污染；6级，Igeo>5，严重污染。

2) 沉积物重金属潜在生态风险评价。采用瑞典学者Hakanson[30]提出的潜在生态风险评价方法对长江口潮间带沉积物重金属污染程度和生态风险等级进行评估[31]。根据污染物的种类和数量对单一重金属潜在生态风险参数(Er)、多种元素的污染沉积物程度参数(wd)和潜在生态风险指数(RI)的分级标准进行调整，调整方法参考相关文献[32-35]，以便能更真实地反映长江口潮间带湿地的沉积物重金属污染程度和生态风险。

(1) 污染程度评价。采用单一重金属污染参数wf和多种重金属污染参数wd评价污染程度，计算公式如下:

wf=wn/ws，

wd=∑wf。

其中：wn为重金属的实测质量分数(mg/kg)；ws为重金属的评价参考值(mg/kg)；wf为单一元素污染参数；wd为多种元素污染参数。wf和wd的污染程度划分标准见表1。

(2) 生态风险评价。采用Er和RI评价长江口潮滩湿地的潜在重金属生态风险，计算公式如下：

Er=Tr×wf，

RI=∑Er。

其中：Er为单一重金属的潜在生态风险参数;Tr为重金属的毒性响应参数，Cu、Cr、Zn、Mn、As、Pb、Cd的毒性响应参数分别为5、2、1、1、10、5和30[30,36];RI为潜在生态风险指数。Er和RI所对应的潜在生态风险划分标准见表1。

(3) 沉积物有机污染评价。

有机指数(OI)评价[37]：计算公式为

OI=w(TOC)×w(有机氮),

有机氮=w(TN)×0.95。

污染评价标准[37]：1级，OI<0.05，清洁；2级，0.05≤OI<0.20，较清洁；3级，0.2≤OI<0.5，尚清洁；4级，OI≥0.5，有机污染。

有机氮指数(ON)评价[37]：计算公式为

ON=w(TN)×0.95。

污染评价标准为[37]：1级，ON<0.033%，清洁；2级，0.033%≤ON<0.066%，较清洁；3级，0.066%≤ON<0.133%，尚清洁；4级，ON≥0.133%，有机氮污染。

1.3 数据处理

试验数据均以平均值±标准误(mean±S.E.)表示。通过SPSS 21.0软件对数据进行分析，运用单因素方差分析(One-way ANOVA)和非参数检验(K-W检验)分析5个湿地每个地点7种重金属、TN、TOC含量和粒径的差异性，以及分析芦潮港、南汇东滩、炮台湾和团结沙4个湿地不同生境沉积物7种重金属含量和TN、TOC的差异性，每个地点生境间粒径不做差异性检验，多重比较采用Duncan检验，显著性水平设为0.05，数据均使用公式lg(x+1)进行标准化转化，以去除变量之间量级不同带来的影响。运用Pearson相关性分析对7种重金属进行来源分析。

2 结果与分析

2.1 沉积物重金属空间差异性分析

长江口不同湿地沉积物中，Cu和TOC含量东旺沙最高，TN和其他6种重金属含量均是南汇东滩最高；TN、As和Cd含量团结沙最低，TOC、Pb、Mn、Zn、Cr、Cu含量均是芦潮港最低。Cu(χ2=65.255，P<0.001)、Cr(χ2=53.754，P<0.001)、Zn(χ2=61.695，P<0.001)、Mn(χ2=58.635，P<0.001)、As(F=9.384，P<0.001)、Pb(χ2=54.535，P<0.001)、Cd(χ2=29.253，P<0.001)7种重金属及TOC(χ2=69.775，P<0.001)、TN(χ2=53.860，P<0.001)含量和GS(χ2=37.494，P<0.001)在不同湿地间均存在极显著性差异(表2)。

南汇东滩和东旺沙的Cu、Zn、Mn和As含量均显著高于芦潮港和团结沙(P<0.05)，南汇东滩和东旺沙Mn、As含量均显著高于炮台湾(P<0.05)，炮台湾的Zn含量显著高于芦潮港和团结沙(P<0.05)；南汇东滩的Cr和Pb含量显著高于芦潮港、炮台湾和团结沙(P<0.05)；南汇东滩和东旺沙TOC含量显著高于炮台湾和团结沙(P<0.05)，四者均显著高于芦潮港(P<0.05)；南汇东滩TN含量显著高于芦潮港、炮台湾和团结沙(P<0.05)；芦潮港GS显著大于炮台湾和团结沙(P<0.05)，三者均显著高于南汇东滩和东旺沙(P<0.05)(表2)。

2.2 重金属垂岸生境间变化格局

在芦潮港，除Mn和Pb外的其他5种重金属及TN含量从光滩、藨草到互花米草生境呈逐渐增加的趋势，其中Zn(F=5.110，P=0.020)和TN(χ2=9.768，P=0.008)含量在生境间存在显著性差异；在南汇东滩，Zn、Mn、As、Cd、Cu、TN和TOC含量从光滩、藨草到芦苇生境呈增加的趋势，其中Cu(F=4.330，P=0.033)、TN(χ2=14.465，P=0.001)和TOC(χ2=13.928，P=0.001)含量在生境间存在显著性差异(表3)。

在炮台湾，除了光滩的Zn和As含量低于藨草类外，其他5种重金属含量从光滩、藨草到芦苇生境有逐渐下降的趋势，其中Cr(F=8.675，P=0.003)、Mn(F=10.043，P=0.002)、As(χ2=9.312，P=0.010)和Cd(χ2=7.650，P=0.022)含量在生境间存在显著性差异;团结沙Cu、Cr和Cd含量有从光滩、藨草类到芦苇生境呈逐渐下降的趋势，Pb和TN含量有增加的趋势，Zn、Mn和As含量藨草类生境较高、芦苇生境较低，TOC含量藨草类生境较高，其中仅Zn(χ2=9.635，P=0.008)、Cd(χ2=10.659，P=0.005)、TN(χ2=12.613，P=0.002)和TOC(χ2=9.345，P=0.009)含量在生境间存在显著性差异(表3)。

2.3 重金属污染、生态风险及有机污染评价

2.3.1 重金属污染评价 5个潮间带湿地沉积物Cu的Igeo均为0，处在清洁状态； Cr、Zn、Mn和As的Igeo为0～1，污染等级为清洁—轻度污染；Pb和Cd的Igeo处在2～3之间，污染等级为偏中度污染—中度污染(表4)。5个湿地中，南汇东滩和东旺沙的污染程度相对较高，5个采样点中Cu 污染级别均为清洁，Cd的污染等级比其他3个湿地高1个等级或等级相同，Cr、Zn、Mn、As、Pb污染均高1个等级。

2.3.2 重金属潜在生态风险评价 单一元素污染(wf)现状分析表明：不同湿地沉积物Cu、Zn、Mn和As分别处在低污染、中污染2个污染等级，Cr处于中度污染状态，Pb和Cd存在较高污染、很高污染两个等级；各重金属的wf平均值依次为Cd>Pb>Mn>Cr>As>Zn>Cu，表明长江口湿地Cd的污染程度最高，Pb其次，Cu最低(表5)。

多元素污染(wd)现状分析显示，长江口5个湿地的wd值为12.96～23.20，其中，芦潮港和团结沙的wd较低，处于中等污染程度；南汇东滩和东旺沙的wd较高(>20)，这2个湿地和炮台湾均处在较高污染程度(表5)。

单一重金属潜在生态风险(Er)评价表明：5个湿地沉积物Cd均存在高生态风险，Pb存在低和中等2个等级的潜在生态风险，其他5种重金属均为低生态风险，且不同湿地间均无等级差别；长江

口湿地各重金属元素潜在生态风险Er平均值从大到小依次为Cd、Pb、As、Cu、Cr、Mn和Zn(表5)。

多元素潜在生态风险(RI)评价表明，南汇东滩湿地的RI值最高，东旺沙和炮台湾次之，3个湿地均具有很高生态风险，芦潮港和团结沙RI值较低，均属高生态风险(表5)。

2.3.3 有机污染评价 有机指数(OI)分析表明，芦潮港沉积物较清洁，处在第2污染等级，其他4个湿地及长江口整体为尚清洁，处在第3污染等级。有机氮指数(ON)评价结果表明，5个湿地均存在有机氮污染，处在第4污染级别(表4)。

2.4 重金属之间及与有机碳和粒径之间的相关性分析

7种重金属两两间均呈极显著正相关(P<0.01)，它们与TOC也存在极显著的正相关性(P<0.01)；粒径(GS)与Cu、Zn、Pb、TOC存在极显著的负相关性(P<0.01)，与Cr和Mn亦存在显著的负相关性(P<0.05)，但与As和Cd无相关性(P>0.05)(表6)。

3 讨论

3.1 长江口潮间带沉积物重金属污染评价

诸多因素如流域母岩物质成分、人类活动、河口湿地本身沉积动力作用和生化过程等均会影响河口湿地沉积物重金属含量，同时采样年份与方法、采样点高程与离排污口距离、沉积物粒径大小与有机质含量等因素也会导致重金属含量的波动[15-16,23,38]。很多作者于1997—2005年期间采样测定了长江口潮间带湿地沉积物重金属含量，尽管采样方法如采集的地点，是否包含高、中、低潮滩，采集的沉积物深度、沉积物类型不尽一致，但这些作者报道的沉积物Cd、Cr、Cu、Pb和Zn含量差别不是很大(表7)，可能与长江口潮间带湿地沉积物来源相同，具有相似的质地、粒径及矿物质成分有关[22]。本文中增加了Zhang等[22]总结之后的一些报道数据，经比较也得出了类似的结果，1997—2018年期间，除了Cd之外，其他6种重金属元素(Cu、Cr、Zn、Mn、As和Pb)的含量变化也不是很大，但2010年以后监测的长江口潮间带沉积物Cd含量比20世纪90年代增长了近40倍，与何中发等[14]的研究结果一致，其中指出Cd是近1 500年来长江口沉积物中增加速度最快的重金属元素，目前已是长江流域特别需要加强环境风险监控的指标之一，Cd也是胶州湾潮间带沉积物中富集速度最快的元素[39]。本研究中采用的3种评价方法(Igeo、wf和Er)均表明，长江口潮间带湿地沉积物污染最为严重或潜在生态风险最大的重金属元素为Cd，其次为Pb。许多学者也指出，Cd是长江口潮滩沉积物的主要污染重金属元素或潜在生态风险因子[15,22-23,40]，20世纪90年末长江口潮滩表层沉积物Pb污染程度已非常严重[17]，崇明东滩Pb含量在1997年虽然未超标，但已具有明显污染的趋势[41]，2009年Pb是崇明东滩污染程度处于第2位的元素[23]。长江口潮滩沉积物主要污染重金属元素与长江口及其邻近海域一致，潜在生态风险最大的元素均为Cd[42-43]。

3.2 长江口潮间带沉积物重金属分布地点间差异的影响因素

在较大空间尺度上的潮间带沉积物重金属分布主要与水动力条件及污染排放有关。有学者报道，长江口南支因存在较多的工业污水和生活污水排放口，其重金属污染(含量)显著大于北支和/或杭州湾，也大于江心如崇明东滩潮间带[15,23,44,46]，本研究结果与此不尽一致，如崇明东滩东旺沙(江心采样点)的重金属含量高于或显著高于炮台湾(南支采样点)，且与南汇东滩(南支采样点)重金属含量无显著性差异。一方面可能与本研究中采样点较少不能代表总体有关，但另一方面也说明其他因素如水动力条件对潮间带重金属空间分布会产生重要影响。许世远等[16]指出，上海潮滩重金属含量的空间分布格局并不受沿岸排污的直接影响，而主要与动力沉积分异过程密切相关。

本研究中调查样点崇明东滩东旺沙处于水动力较弱的迅速淤涨岸段，团结沙处于动力学较强的冲刷蚀退岸段[47-48]，芦潮港采样点处于杭州湾北岸强中潮高能岸段，炮台湾和南汇东滩处于长江南支弱中潮岸段[16]，因此，推测芦潮港的水动力强于南支两个采样点；相对处于南支上游岸段的炮台湾，处于下游的南汇东滩滩宽坡缓，且咸淡水频繁交汇的水体物化条件有利于泥沙堆积及细颗粒泥沙絮凝沉降[16]。水动力条件较弱的岸段有利于细颗粒泥沙的沉积[16]，沉积物粒径是影响重金属空间分布的重要直接因素，很多研究表明，沉积物重金属含量与粒径成反比例关系[23,49-50]。本研究中也发现，沉积物重金属含量与大致相同位置不同时间测定的粒径均值成反比，除了As和Cd外，其他5种重金属与粒径均值均呈显著负相关(表6)；细颗粒物质总表面积大、孔隙率高，能增加对重金属的吸附能力，是吸附与捕集重金属元素的主要载体，因此，细颗粒泥沙的淤积能促使重金属元素趋于富集[16]。另外，有机质是粒径控制重金属分布的一个内在因素[44]，也是影响重金属空间分布的另外一个重要因子[23]；重金属与有机碳可通过物理吸附和化学螯合反应等形成金属-有机络合物，而被颗粒沉积物吸附而沉降[23,51]，因而潮滩沉积物重金属通常与有机质呈显著正相关[23,50-51]，本研究中所测的7种重金属也均与TOC呈显著正相关。

综上所述，本文采样点的水动力强弱差异，影响了沉积物颗粒组成及其他特征如有机碳含量，从而导致重金属在不同采样点之间的差异性。南汇东滩和东旺沙的沉积物粒径显著小于炮台湾、团结沙和芦潮港，有机碳含量则相反，因此，前两者的7种重金属含量均高于或显著高于后3者的，这在预料之中。对同处崇明东滩的东旺沙和团结沙的比较结果与前人报道较为类似，崇明东滩南断面(团结沙接近此断面)沉积物的粒径大于北断面(东旺沙接近此断面)，有机碳则相反，因此，北断面5种重金属总量高于南断面[23]，这进一步说明粒径和有机碳对重金属的水平空间分布产生重要影响。

3.3 长江口潮间带沉积物重金属垂岸生境间变化及其原因

水动力条件、沉积物组成及植被发育的差异影响重金属元素在潮滩的垂岸分布和累积[17]。自低潮滩到高潮滩，波能消耗较大，高潮滩水动力减弱，大量细颗粒泥沙在此处聚集和沉降，导致粒径有随高程增加而变小的趋势[9,44,46]。如“3.2节”所述，重金属含量与粒径呈负相关，因此，重金属含量有随高程增加而逐渐增加的趋势[7,9,44,46]。植被可能会强化这一趋势，如互花米草能促进细颗粒物质沉降和有机物质积累，间接导致盐沼和红树林湿地的重金属富集[12,52]。本研究中显示，由海向陆，芦潮港和南汇东滩沉积物中的大多数重金属含量呈逐渐增加的趋势，芦潮港的有机碳无显著变化，光滩沉积物粒径明显大于其他两种盐沼生境，可能说明该采样点沉积物重金属的垂岸分布主要与粒径有关；南汇东滩的沉积物粒径由海向陆明显变小、有机碳显著增加，推测水动力的沉积分异和植物的富集作用共同导致了南汇东滩重金属的垂岸分布。

钱嫦萍等[9]提出，一些潮滩沉积物中的重金属含量垂岸变化呈带状分布，从高潮滩到低潮滩，重金属含量明显减少。但也有较多研究表明，潮滩沉积物的一些重金属元素含量垂直于岸线呈复杂波动，并没有表现出明显的垂岸分带规律，高程大的盐沼生境重金属含量也不一定显著高于高程小的，有的情况下高程大的潮滩有些重金属种类的含量反而低于高程小的[7-8,17-18,23,44,46,51,53]，如上海滨岸沉积物重金属中仅Cu、Zn和 Cr高潮滩含量明显高于中、低潮滩，而Pb和Cd含量不随高程变化而变化[17]。本研究表明，炮台湾Cu、Cr、Mn、Pb和Cd含量随着高程增加而下降，Zn和As含量先增加后下降，其中仅Cr、Mn、Cd和As含量在生境间具有显著性差异；团结沙Cu、Cr和Cd含量随着高程增加而下降，Zn、Mn和As含量呈先增加后下降，而Pb含量随着高程增加有增加的趋势，其中仅 Zn和Cd含量在生境间存在显著性差异。炮台湾和团结沙不同高程潮滩沉积物在粒径无明显差异的情况下(表3)，Cu、Cr和Cd含量随着高程增加而有下降的趋势，可能主要与盐沼植物对重金属的吸收有关，如芦苇对Cd、Cr[54]和Cu[55]具有较高的富集能力，其他随高程增加而不呈下降趋势的重金属元素，可能与植物对重金属的吸收、富集、重金属垂向分布及其季节变化和岸带发育程度等多种因素的综合影响有关[24-25,54-57]。7种重金属两两间具有显著的相关性，这表明这几种重金属具有相似的来源，并表现出类似的迁移和累积特征，具有较为相似的地球化学行为，这与方圣琼等[50]和赵健等[46]的研究一致。

4 结论

1)长江口盐沼湿地7种沉积物重金属与有机碳呈显著正相关，大多数重金属与粒径呈显著负相关。崇明东滩东旺沙和南汇东滩盐沼湿地的重金属、有机碳、总氮含量均高于或显著高于崇明东滩团结沙、炮台湾和芦潮港，粒径则相反。这说明在长江口较大空间尺度上的沉积物重金属分布格局主要与水动力沉积分异作用有关。

2)芦潮港和南汇东滩大多数沉积物重金属含量由海向陆有逐渐增加的趋势。芦潮港光滩沉积物粒径明显大于其他两种生境，有机碳生境间无显著性差异，说明该采样点沉积物重金属的垂岸分布主要与粒径有关；南汇东滩的沉积物粒径由海向陆明显变小、有机碳含量显著增加，表明水动力的沉积分异和植物的富集作用共同导致了南汇东滩重金属的垂岸分布。炮台湾和团结沙沉积物粒径生境间无明显差异、重金属垂岸生境变化复杂，这种复杂性是沉积物重金属的垂向分布，以及盐沼植物对重金属的吸收与富集和岸带发育程度综合作用的结果。

3)从较长时间尺度来看，Cd是长江口盐沼湿地沉积物中富集速度最快的元素。目前，长江口湿地沉积物的Cd污染最为严重，Pb次之，其中Cd具高生态风险，Pb存在低和中等两种生态风险、其他5种重金属均为低风险；南汇东滩、炮台湾和东旺沙3个湿地具很高的生态风险，芦潮港和团结沙2个湿地存在高生态风险，5个地点均存在较严重的有机污染和严重的有机氮污染。

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Spatial distribution and ecological risk assessment of sediment heavy metals from salt marsh of Yangtze River estuary

ZHANG Nuo1,2,3, LIU Qigen1,2,3, CHEN Liping1,2,3, ZHAN Yuan1,2,3, HU Zhongjun1,2,3*

(1.National Demonstration Center for Experimental Fisheries Science Education,Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China；2 Shanghai Engineering Research Center of Aquaculture，Shanghai 201306, China；3.Centre for Research on Environmental Ecology and Fish Nutrition (CREEFN), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Shanghai 201306, China)

Abstract： The contents of heavy metals Cu, Cr, Zn, Mn, As, Pb, and Cd and carbon and nitrogen were determined in the sediment samples collected from different habitats including bare tidal flat and salt marshs with Scirpus, Spartina alterniflora and/or Phragmites australis in tidal flat of five sites including Luchao Port (LCG), Eastern Nanhui (NHDT), Dongwangsha (DWS) and Tuanjiesha (TJS) of Eastern Chongming Wetland and Paotaiwan Wetland Forest Park (PTW)in Yangtze River estuary in August and September, 2018 in order to evaluate the potential ecological risk (PER) of heavy metals and organic pollution of sediments from salt marsh of the Yangtze River estuary, and to reveal their large-scale distribution characteristics and change pattern along different habitats. There were significant differences in the concentrations of the seven heavy metals, total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN), and grain size (GS) of sediments among the five sampling sites (P<0.05). An increasing tendency of the concentrations of the most heavy metals was observed along habitats from the sea to the land in LCG and NHDT and Pb in TJS, and the reverse were found for Cu, Cr, Mn, Pb, Cd in PTW and Cu, Cr, Cd in TJS. The trends from rise to decline were observed for Zn and As in PTW and for Zn, Mn and As in TJS. However, the significant differences in concentrations of a few heavy metals and nutrients such as Zn (P<0.05) and TN (P<0.01) were only found between habitats in LCG, Cu (P<0.05), TN (P<0.01) and TOC (P<0.01) in NHDT, Cr, Mn (P<0.01), As (P<0.05) and Cd (P<0.05) in PTW, and Zn, Cd , TN and TOC (P<0.01) in TJS. There were significantly positive correlations between heavy metals in the seven heavy metals, all of which were significantly and positively correlated with TOC (P<0.01). The significantly negative relationships between GS and the five heavy metals other than As and Cd were detected (P<0.05). The cadmium was shown to be the most polluted heavy metal with mean concentration of (1.11±0.04) mg/kg and high PER (192.30) in the salt marsh sediments of Yangtze River estuary. The high PER to very high PER, PER index ranging from 175.41 to 297.48, in the five sites were also confronted with relatively serious organic pollution (organic index fluctuating from 0.17 to 0.43), and with seriously pollution of organic nitrogen (organic nitrogen index fluctuating from 0.16 to 0.26). The findings indicated that the differences in concentrations of heavy metals among the five sites and the complex of their change patterns along different habitats from the sea to land was attributed to the strength of the hydrodynamically controlled sedimentary differentiation, whose complex might be involved in the absorption and accumulation of heavy metal by salt marshes, which needs further research.

Key words： Yangtze River estuary; salt marsh; sediment; heavy metal; pollution assessment

收稿日期： 2020-02-21

基金项目： 国家重点研发计划项目(2017YFC0506003)

作者简介： 张诺(1994—)， 女， 硕士研究生。E-mail:1227252968@qq.com

通信作者： 胡忠军(1975—)， 男，博士，副教授。E-mail:zjhu@shou.edu.cn

DOI：10.16535/j.cnki.dlhyxb.2020-022

文章编号：2095-1388(2021)01-0135-12

中图分类号：X 826

文献标志码：A