【产品应用】珠江口沉积物中自然来源的铍和铊对水生生物区系的联合生态毒理风险被忽视
近日，中国水产科学研究院南海水产研究所谷阳光团队采用SPI模型（整合物种敏感度分布、概率风险评估和包含-排除原理）进行定量分析，首次评估了自然存在的铍（Be）和铊（Tl）在沉积物中对水生生物的联合生态毒理风险，相关研究工作取得突出进展。研究结果以“Overlooked Combined Ecotoxicological Risk of Naturally Occurring Beryllium and Thallium in Sediments to Aquatic Biota: An SPI Model-Based Assessment in the Pearl River Estuary”为题，在环境科学领域著名期刊《ACS ES&T Water》发表，第一作者为谷阳光。
摘要
铍（Be）和铊（Tl）是毒性极强的天然痕量金属，作为水生生态系统中的新兴污染物日益受到关注。沉积物既是这些金属的主要汇，也是潜在来源，其行为会影响金属的生物可利用性及生态影响。然而，在自然沉积环境中，二者对水生生物群的联合不良生物效应尚不明确。本研究首次运用 SPI 模型对表层沉积物中Be和Tl进行定量生态毒理学风险评估，该模型整合了物种敏感性分布（SSD）、概率风险评估及容斥原理。由于目前缺乏针对Be和Tl的薄膜扩散梯度（DGT）标准方法，本研究采用经验证的转换模型，将沉积物中弱酸可交换态金属浓度（mg/kg）转化为估算水相浓度（mg/L），并将其作为SPI模型的输入参数。珠江口沉积物样品的分析结果显示，Be和Tl产生联合毒性效应的概率为37.05%，超过25%的生态风险阈值，表明存在轻度生态毒理学风险。本研究建立了一套评估沉积物中Be和Tl生物可利用性及联合风险的新框架，为河口生态风险评估及环境政策制定提供了新见解。
珠江口潮间带（A）总铍、（B）总铊、（C）生物有效态铍及（D）生物有效态铊的空间分布图
采用对数转换（LogC，以10为底）分析了珠江口潮间带表层沉积物中铍（Be）与铊（Tl）的暴露概率与毒性概率密度分布（A、B）及其对水生生物的联合概率生态毒理风险（C图）。图C中红色多边形区域表示联合毒性效应。
结论
本研究以珠江口潮间带表层沉积物为研究对象，首次运用整合了物种敏感性分布（SSD）、概率风险评估（PRA）及容斥原理（IEP）的SPI模型，针对天然存在的Be和Tl这两种新兴痕量金属污染物，开展了生物可利用性及联合生态毒理学风险评估，主要结论如下：
1.浓度分布特征
总浓度分布：沉积物中总Be浓度为0.44~1.87mg/kg（平均值1.22mg/kg），高值区集中于北部和西部采样点（S1、S2、S8、S19）；总Tl浓度为0.36~1.12mg/kg（平均0.86mg/kg），高值区主要分布在中部和西部（S7、S8、S19、S20）；东南部采样点（S9、S13等）的Be、Tl总浓度均较低。
生物可利用态分布：生物可利用态Be浓度为 0.08~0.56mg/kg（平均值0.23mg/kg），高值区位于河口南部（S21）；生物可利用态Tl浓度为 0.04~0.16mg/kg（平均值0.09mg/kg），高值区集中在河口中部（S7、S16）。二者的生物可利用态分布既与总浓度存在部分重叠（如西部、北部高总浓度区的生物可利用性亦较高），也存在差异（如S20总浓度高但生物可利用性低，S21总浓度低但生物可利用性高）。
2.来源解析
通过非度量多维尺度分析（NMDS）与地理信息系统（GIS）结合发现，Be和Tl主要来源于自然风化过程：二者与三氧化二铝（Al₂O₃）存在强地球化学亲和性，而Al₂O₃是岩石风化过程的关键指示物；NMDS2维度显示部分区域（如中部、南部）可能受工业排放等人为活动的局部影响，但自然风化仍是主导来源。
3.污染程度评估
地累积指数（Iₒₑₒ）结果显示，所有采样点的Be均属于 “未污染” 级别（Iₒₑₒ≤0）；Tl在部分采样点（如S8）出现轻微污染（0<Iₒₑₒ≤1）。
污染负荷指数（PLI）结果显示，仅S8采样点的PLI值为1.30，表现为 “轻度复合污染”，其余区域多为未污染或轻微污染。
4.联合生态毒理学风险
采用经验证的转换模型将沉积物弱酸可交换态浓度转化为水相浓度后，通过SPI模型评估发现：Be和Tl的单独生态风险概率分别为33.77%和 24.92%，二者联合毒性效应概率为37.05%，超过25%的生态风险预警阈值，表明珠江口潮间带沉积物中Be和Tl存在轻度生态毒理学风险。
本研究填补了自然来源Be、Tl在沉积物中联合生态风险评估的空白，提出了一套整合 “浓度转换-多模型耦合” 的评估框架，为缺乏薄膜扩散梯度（DGT）标准方法的痕量金属生物可利用性评估提供了实用替代方案。研究结果不仅揭示了自然风化过程对新兴金属污染物分布的关键影响，也为河口生态环境监测、污染源管控及相关环境政策制定提供了科学依据。
Yang-GuangGu, Yan-PengGao, Rui-ZeLiang, RichardW.Jordan, andShi-JunJiang, Overlooked Combined Ecotoxicological Risk of Naturally Occurring Beryllium and Thallium in Sediments to Aquatic Biota: An SPI Model-Based Assessment in the Pearl River Estuary,ACS ES&T Water, ACS EST Water 2025, https://doi.org/10.1021/acsestwater.5c00307.
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