渤海中部底質(zhì)沉積物重金屬環(huán)境質(zhì)量

劉 明,張愛濱,范德江*,鄧聲貴,王 亮,張喜林,趙全民 (.中國(guó)海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 6600；.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,遼寧 大連 603)

近岸海域是海陸交互作用的重要地帶,也是人類活動(dòng)最為活躍的地帶,是人類活動(dòng)產(chǎn)生的重金屬等污染物質(zhì)的重要聚積區(qū).近岸海域沉積物中重金屬的研究具有十分重要的意義,一方面沉積物中的重金屬通過水-沉積物的交換反應(yīng)在液相與固相間遷移,影響水體的環(huán)境質(zhì)量;另一方面大多數(shù)重金屬化合物為非降解型有毒物質(zhì),生態(tài)效應(yīng)的濃縮和累積作用使其沿食物鏈被生物體吸收、富集,最終成為生命體積累和慢性中毒的源頭[1].同時(shí),沉積物中重金屬的含量可以判斷研究區(qū)受污染的程度,其含量的水平分布可以追蹤污染源,了解其擴(kuò)散范圍,甚至可以作為陸源物質(zhì)的示蹤元素[2].近年來國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者開展了河口及海灣底質(zhì)沉積物環(huán)境質(zhì)量的研究,并試圖對(duì)沉積物中重金屬的污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)[2-15].

渤海是一個(gè)半封閉的陸架邊緣海,僅以渤海海峽與黃海相通.每年有1.3×109t的泥沙由黃河、海河、灤河、遼河等注入;同時(shí),環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的快速發(fā)展,大量的污染物質(zhì)通過河流、沿岸排污口及大氣沉降等途徑進(jìn)入渤海,其近岸海域陸源污染物約占入海污染物總量的 87%[3].本研究擬通過對(duì)渤海中部表層沉積物中重金屬元素含量和空間分布的研究,旨在豐富該區(qū)陸海相互作用特征,加深認(rèn)識(shí)人類活動(dòng)對(duì)近海特別是半封閉陸表海的影響,為合理利用和開發(fā)海上資源、加強(qiáng)污染防治及渤海的可持續(xù)開發(fā)利用提供一定的理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)和樣品采集

樣品采集于2006年8月,使用挖泥斗獲得,共計(jì)386個(gè)樣品.采集范圍覆蓋了渤海灣中北部、渤海中央盆地(中央泥質(zhì)區(qū))的一部分、渤中淺灘的一部分及遼東灣南部遼東半島沿岸海域,具體站位見圖 1.樣品采集后裝入聚乙烯瓶中帶回實(shí)驗(yàn)室待測(cè).

圖1 底質(zhì)沉積物采樣站位示意Fig.1 The locations of sampling sites

1.2 重金屬元素分析

重金屬元素測(cè)試采用能量色散型臺(tái)式偏振X熒光光譜儀(德國(guó) SPECTRO 公司)完成.將測(cè)試的樣品在106°C下烘干過夜,取4～5g克研磨至65μm,裝入直徑為32mm的聚乙烯樣品杯內(nèi)壓實(shí),保證底面絕對(duì)壓平,之后上機(jī)測(cè)試.

采用的測(cè)試方法為TurboQuant-Geo[16],測(cè)試過程中通過水系沉積物國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GBW 07315 (GSMS-2)[17]和平行樣進(jìn)行質(zhì)量控制,每分析 10個(gè)樣品中加1個(gè)標(biāo)樣、1個(gè)平行樣.對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的多次重復(fù)測(cè)試表明,Cu、Pb、Zn、Cr、V、Ni相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在分別為 1.20%、1.64%、1.28%、4.12%、10.53%、1.39%;相對(duì)誤差分別為13.23%、14.7%、18.18%、10.58%、39.93%、10.04%.對(duì)平行樣分析結(jié)果比較顯示,各元素的絕對(duì)誤差均較小,分別為2.27,1.06,1.01,9.01,7.63,1.38μg/g.

2 結(jié)果與討論

2.1 表層沉積物中重金屬元素含量和空間分布

由表 1和圖 2可見,Cu含量為 2.88～39.70μg/g之間,平均 22.50μg/g.在海河口及天津沿岸附近、渤海灣中部、渤海中央泥質(zhì)區(qū)的含量較高;其次是遼東半島近岸區(qū)域,高含量區(qū)呈平行于岸邊的條帶狀或者斑狀分布;在研究區(qū)的東部渤中淺灘和渤海灣北部的含量較低.最低點(diǎn)位于渤海灣北部,最高值出現(xiàn)在中部泥質(zhì)區(qū).該元素標(biāo)準(zhǔn)偏差為8.93%,站間差異較小.

表1 研究區(qū)重金屬元素含量的統(tǒng)計(jì)特征Table 1 The statistic characters of heavy metals concentrations in study area

Pb含量為 10.33～48.20μg/g,平均 24.26μg/g.該元素的含量整體較高,渤海灣北部和研究區(qū)東部的渤中淺灘含量較低,在20μg/g以下外;其余海域的含量均較高,多在25μg/g以上.最低點(diǎn)位于渤海灣北部,最高值出現(xiàn)在大連北部沿岸海域.Pb含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.98%,站間差異也較小.

Zn含量為15.76～110.10μg/g,平均64.27μg/g.其分布較為雜亂,在渤海灣北部和研究區(qū)的東部渤中淺灘含量較低;遼東半島近岸區(qū)域含量較高,高含量區(qū)域呈斑塊狀分布,大連南北兩岸含量相對(duì)較高;在海河口及天津沿岸附近、渤海灣中部、渤海中央泥質(zhì)區(qū)的含量最高.最低點(diǎn)出現(xiàn)在研究區(qū)東部的渤中淺灘砂質(zhì)區(qū),最高值出現(xiàn)遼東半島沿岸長(zhǎng)興島附近海域.該元素的標(biāo)準(zhǔn)偏差較大,為 19.60%,站間差異較大.

圖2 表層沉積物Cu、Pb、Zn、Cr、V、Ni含量分布Fig.2 The concentrations of Cu, Pb, Zn, Cr, V, Ni in surface sediments單位為μg/g

Cr含量為13.18～93.56μg/g,平均59.66μg/g.渤海灣北部和研究區(qū)東部含量較低;在海河口及天津沿岸附近、渤海灣中部、渤海中央泥質(zhì)區(qū)含量較高,遼東半島近岸區(qū)域含量也較高但分布不均勻.最低點(diǎn)在渤海灣北部,最高點(diǎn)在研究區(qū)的中部泥質(zhì)區(qū).該元素的標(biāo)準(zhǔn)偏差也較大,為 15.97%,站間差異也較大.

V含量為6.99～140.7μg/g,平均67.91μg/g.在渤海灣北部和研究區(qū)東部的渤中淺灘的含量較低;渤海中央泥質(zhì)區(qū)的含量最高;海河口及天津沿岸附近及遼東半島近岸區(qū)域的含量也較高.最低值出現(xiàn)在渤海灣北部,最高值出現(xiàn)大連南部附近海域.該元素的標(biāo)準(zhǔn)偏差為 18.54%,站間差異也較大.

Ni含量為 5.95～53.96μg/g,平均 30.57μg/g.該元素的分布與 Cu較為相似,在渤海灣北部和研究區(qū)東部的渤中淺灘含量較低;而在在海河口及天津沿岸附近、渤海灣中部、渤海中央泥質(zhì)區(qū)及遼東半島近岸區(qū)域的含量較高.最低點(diǎn)在渤海灣北部,最高點(diǎn)出現(xiàn)在河?？诟浇?該元素的標(biāo)準(zhǔn)偏差為13.01%,站間差異較大.

總體上各重金屬元素的含量在海河口及天津沿岸附近、渤海灣中部、渤海中央泥質(zhì)區(qū)及遼東半島近岸區(qū)域的含量較高,而在渤海灣北部和研究區(qū)東部的渤中淺灘含量較低.

2.2 渤海表層重金屬含量與國(guó)內(nèi)外部分海域的比較

與國(guó)內(nèi)外其他海域和河口的研究結(jié)果相比(表 2),研究區(qū)重金屬含量處于中等水平.該區(qū)重金屬水平與黃河口海域的含量最為接近,這與渤海中部沉積物主要來源于黃河有關(guān)[18];長(zhǎng)江口和珠江口的重金屬含量相對(duì)較高,可能是由于兩江流域尤其是三角洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá),重金屬排放較多引起的.

與國(guó)外的海灣和河口相比,研究區(qū)高于加拿大James灣和美國(guó)Egypt灣,低于其他海域,美國(guó)Narrangansett灣和英國(guó)Thames河口重金屬含量較高,污染較為嚴(yán)重.

表2 與國(guó)內(nèi)外部分河口海灣近岸沉積物重金屬濃度比較(μg/g)Table 2 The concentrations of heavy metals in surface sediments of estuaries/bays in the world (μg/g)

2.3 渤海重金屬來源分析

重金屬元素的來源一般有自然來源和人類活動(dòng)來源兩大類.Al2O3是大陸分化產(chǎn)物,在地殼中較穩(wěn)定,多數(shù)學(xué)者認(rèn)為鋁從大陸到海洋是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的元素,并將其作為海洋中陸源成分的指標(biāo)[4].Fe2O3與Al2O3具有類似的地球化學(xué)特性,常用來反映細(xì)顆粒物質(zhì)的遷移規(guī)律.

采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件SPSS對(duì)重金屬元素以及Al2O3、Fe2O3和平均粒徑(Mz)之間進(jìn)行了Pearson相關(guān)性分析,結(jié)果見表3.各重金屬之間的相關(guān)性非常高,體現(xiàn)了它們相似的來源及遷移搬運(yùn)規(guī)律.各重金屬與Al2O3、平均粒徑之間也均有較好的相關(guān)性,表明了它們均以自然來源為主,并受到了沉積物粒度大小的顯著制約.

表3 研究區(qū)重金屬元素與Al2O3、Fe2O3和平均粒徑(Mz/Ф)的相關(guān)性Table 3 The correlations between heavy metals and Al2O3, Fe2O3, and mean grain size (Mz/Ф)

為考察人類活動(dòng)對(duì)研究區(qū)重金屬元素的貢獻(xiàn),對(duì)Cu、Pb、Zn、Cr、V、Ni等元素進(jìn)行Al2O3標(biāo)準(zhǔn)化處理,對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)化前后的元素分布態(tài)勢(shì),見圖3.

Cu標(biāo)準(zhǔn)化前后的分布態(tài)勢(shì)基本一致,相比較而言,海河口及天津沿岸海域、遼東半島沿岸的部分站位和渤海中央泥質(zhì)區(qū)的值較高,表明這些區(qū)域受人類活動(dòng)影響較大.

Pb標(biāo)準(zhǔn)化前后分布形式變化較大,標(biāo)準(zhǔn)化后整個(gè)研究區(qū)域的值都較高,大部分介于1.8～2.2之間,海河口及遼東半島沿岸等近岸海域,尤其是渤海灣北部的近岸區(qū)域增加明顯.標(biāo)準(zhǔn)化前,Pb與Cu的平均含量相差較小,而標(biāo)準(zhǔn)化后卻明顯大于后者.表明整個(gè)研究區(qū)域Pb來源均受到了人類活動(dòng)的顯著影響.

Zn標(biāo)準(zhǔn)化前后分布形式變化也較大,與 Pb較為類似.標(biāo)準(zhǔn)化后的值在整個(gè)區(qū)域均較大,表明整個(gè)研究海域Zn的來源均受到了人類活動(dòng)的較強(qiáng)影響;增加較為明顯的是渤海灣北部和遼東半島沿岸,表明這些海域 Zn的來源受人類活動(dòng)影響更為強(qiáng)烈.

Cr標(biāo)準(zhǔn)化前后分布形式變化有所變化,但較Pb,Zn小,表明Cr的來源也受到了人類活動(dòng)的影響;海河口及天津沿岸和大連南部附近海域的值較高,表明這些區(qū)域受人類活動(dòng)影響更大.

V標(biāo)準(zhǔn)化前后分布形式變化較大,較大值出現(xiàn)在遼東半島沿岸和渤海中部泥質(zhì)區(qū),遼東半島沿岸增加尤為明顯.表明了V元素受到了人類活動(dòng)的顯著影響.

Ni標(biāo)準(zhǔn)化前后分布態(tài)勢(shì)基本一致,同樣是在渤海灣北部和研究區(qū)東部的渤中淺灘值較低,渤海中央泥質(zhì)區(qū)和遼東半島南部沿岸的值相對(duì)較高,海河口及天津沿岸附近海域的值則最高.表明該元素在海河口附近海域受人類活動(dòng)影響較顯著.

由此可見,研究區(qū)重金屬元素的來源雖以自然源為主,但也受到人類活動(dòng)的影響.海河口及天津沿岸、遼東半島南部沿岸海域及渤中泥質(zhì)區(qū)是人類活動(dòng)影響較為顯著的區(qū)域.

2.4 底質(zhì)重金屬環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)沉積物中重金屬污染的方法很多,包括地質(zhì)累積指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法、生物效應(yīng)濃度法、臉譜圖法、元素相關(guān)圖法、回歸過量分析法、綜合指數(shù)法、尼梅羅綜合指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法、沉積物富集系數(shù)法和次生相富集系數(shù)法等[19].而地質(zhì)累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法的應(yīng)用較多,尤其是潛在生態(tài)危害指數(shù)法的應(yīng)用更為廣泛.

2.4.1 地質(zhì)累積指數(shù)法 地質(zhì)累積指數(shù)的計(jì)算公式如下[20]:

式中:Igeo為地質(zhì)累積指數(shù);Cn是元素在沉積物中的含量;Bn為該元素的地球化學(xué)背景值;K為考慮成巖作用可能會(huì)引起背景值的變動(dòng)而取的系數(shù)(一般值為1.5).根據(jù)Igeo數(shù)值的大小,可以將沉積物中重金屬的污染程度分為7個(gè)等級(jí),即0～6級(jí),如表4.

表4 地質(zhì)累計(jì)指數(shù)Igeo與重金屬污染分級(jí)Table 4 The grades of heavy metal pollution by geological cumulative index (Igeo)

本研究采用的重金屬元素 Cu、Pb、Zn、Cr、V、Ni的環(huán)境背景值為全球巖石圈沉積層(頁(yè)巖為主)的元素豐度,分別為 40,15,72,63,90, 56μg/g[21].

圖3 表層沉積物Cu、Pb、Zn、Cr、V、Ni等重金屬Al2O3標(biāo)準(zhǔn)化分布Fig.3 The spatial distributions of the heavy metals contents standardized by Al2O3

通過計(jì)算得出6種重金屬的地質(zhì)累計(jì)指數(shù)Cu為-4.38～-0.60,平均-1.56;Pb為-1.12～1.10,平均0.08;Zn為-2.78～0.03,平均-0.86;Cr為-2.84～-0.01,平均-0.72;V 為-4.27～0.06,平均-1.06;Ni為-3.82～-0.64,平均-1.61.由圖4可見,地累積指數(shù)表明研究區(qū)為未污染或僅輕微污染,順序?yàn)镻b＞Cr＞Zn＞V＞Ni＞Cu.其中,Pb在整體上為輕度污染,在海河口及天津沿岸附近、渤海灣中部、渤海中央泥質(zhì)區(qū)及遼東半島近岸區(qū)域均為輕度污染,在遼東半島沿岸個(gè)別站位出現(xiàn) Pb的偏中度污染,其余站位無(wú)污染;Zn和V均有一個(gè)站位出現(xiàn)輕度污染,Zn位于遼東半島沿岸的北部,V出現(xiàn)在大連沿岸海域,其余站位無(wú)污染;Cu和Ni未出現(xiàn)污染.

2.4.2 潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)法 單因子指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法的計(jì)算公式分別見式(2)和(3)[22]:

圖4 重金屬地質(zhì)累計(jì)指數(shù)Igeo分布Fig.4 The spatial distributions of the geological cumulative index (Igeo) of heavy metals

因此,某一區(qū)域沉積物中第 i種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)及沉積物中多種重金屬的潛在生態(tài)綜合危害指數(shù)ERI的計(jì)算方法分別見公式(4)和(5):

表5 潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的污染程度Table 5 The potential ecological risk assessment index and their relative pollution grades

6種重金屬的單因子污染物污染指數(shù)分布如圖5所示,Pb除在渤海灣北部砂質(zhì)區(qū)為輕度污染外,在其余站位均為中等污染,在遼東半島南部長(zhǎng)興島沿岸的個(gè)別站位出現(xiàn)重度污染; Zn、Cr污染情況較為類似,在海河口及天津沿岸附近、渤海灣中部、渤海中央泥質(zhì)區(qū)及遼東半島南部近岸區(qū)域出現(xiàn)中等污染,其余站位為輕度污染;V在中部泥質(zhì)區(qū)的大部分站位、大連沿岸海域部分站位,以及海河口至渤海灣中部的部分站位出現(xiàn)中等污染,其余站位均為輕度污染;Cu和Ni污染程度較輕,均為輕度污染.

6種重金屬的綜合污染指數(shù)Cd為1.66～8.02,平均5.32,為低度污染,只有研究區(qū)中部泥質(zhì)區(qū)一個(gè)站位為中等污染,污染指數(shù)為8.02.

6種重金屬的潛在生態(tài)綜合危害指數(shù)ERI的值為5.82～26.99,平均17.92,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于150,總的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為低度.

2.4.3 研究區(qū)重金屬污染分區(qū) 2種評(píng)價(jià)方法相比較,地質(zhì)累積指數(shù)法與潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)法中的單因子評(píng)價(jià)較為一致,主要考慮人為活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響.而潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)考慮了生物對(duì)不同底質(zhì)條件下重金屬的毒性響應(yīng)特征和不同重金屬的毒性的差別,揭示了各種重金屬的生態(tài)危害效應(yīng)[19];但是潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)法中的兩類綜合指數(shù)Cd和ERI顯然受到評(píng)價(jià)元素個(gè)數(shù)的制約,因而本研究以單因子指數(shù)和潛在生態(tài)參數(shù)為主.通過以上 2種方法的質(zhì)量評(píng)價(jià),可以得出研究區(qū)重金屬污染以低度污染為主,主要污染元素為 Pb,其次為 Zn、Cr和V,但尚未造成生態(tài)危害.相比較而言,海河口附近、中部泥質(zhì)區(qū)以及遼東半島南部沿岸的重金屬污染相對(duì)較嚴(yán)重.

依據(jù)研究區(qū)重金屬的污染程度,結(jié)合利用SPSS軟件對(duì)386個(gè)站位重金屬含量的Q型聚類分析,可將研究區(qū)劃分為 3個(gè)區(qū)域,如圖 6所示.Ⅰ區(qū)為渤海灣北部砂質(zhì)沉積區(qū)和研究區(qū)中東部的渤中淺灘,Ⅱ區(qū)為遼東半島南部沿岸海域,Ⅲ區(qū)為渤海灣西部海河口附近、渤海灣中部和渤海中部泥質(zhì)區(qū).各區(qū)域重金屬含量及各污染指數(shù)的統(tǒng)計(jì)見表6.

重金屬在沉積物中的分布除了受到物源的影響外,還被各種黏土礦物及氧化物吸附,在細(xì)顆粒物質(zhì)中富集,因而往往與細(xì)顆粒沉積物的分布相對(duì)應(yīng).渤海沉積物的分布受海流、潮流、波浪等沉積動(dòng)力因素的顯著影響,潮流是其最主要的影響因素[24-25].導(dǎo)致了細(xì)顆粒物質(zhì)主要分布在渤海灣中南部及其向遼東灣呈條帶狀延伸的區(qū)域(渤中泥質(zhì)區(qū)),而粗顆粒物質(zhì)主要分布在遼東和渤中淺灘等強(qiáng)潮流區(qū)[26].

圖5 重金屬單因子指數(shù)和綜合污染指數(shù)Cd分布Fig.5 The spatial distributions of single factor index () of the heavy metals and comprehensive indice (Cd)

表6 各區(qū)域重金屬濃度及各污染指數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 6 Heavy metals concentrations and pollution index in the 3 zones

Ⅰ區(qū)重金屬元素基本無(wú)污染,僅在渤海灣北部部分區(qū)域出現(xiàn)輕度污染.渤海灣北部沉積物主要來自灤河,以砂質(zhì)為主[24],且在沿岸環(huán)流的影響下,該區(qū)域的沉積物粒度較粗,不利于重金屬元素的賦存.但在唐山海港開發(fā)區(qū)沿岸海域和曹妃甸西南附近海域出現(xiàn)了Pb、Zn、Cr的輕度污染,該區(qū)域Pb、Zn的含量在Al2O3標(biāo)準(zhǔn)化后增加顯著,其污染可能是由于沿岸排污所導(dǎo)致.渤中淺灘由于水動(dòng)力較強(qiáng),沉積物粒度粗、分選差,重金屬較難在此沉積,各元素含量均較低,單因子綜合污染指數(shù)均小于1,為無(wú)污染或輕度污染.

Ⅱ區(qū)重金屬整體為輕度污染,也有部分站位重金屬含量較高,呈斑狀分布,出現(xiàn)偏中度污染,甚至重度污染.較為嚴(yán)重的是長(zhǎng)興島南北兩岸和大連沿岸,出現(xiàn)Pb的地累積指數(shù)的偏中度污染和單因子污染物污染指數(shù)的重度污染,以及Zn、Cr的單因子污染物污染指數(shù)的中度污染.另外在離岸稍遠(yuǎn)的海域(121°E)出現(xiàn)了Pb、Zn、Cr的偏中度污染,呈南北向的條帶狀分布.遼東半島沿岸海域水深較淺,水動(dòng)力較強(qiáng)[23],河流入海物質(zhì)很少在此沉積,該區(qū)重金屬多來自沿岸人類活動(dòng)的排放,各重金屬元素含量在 Al2O3標(biāo)準(zhǔn)化前后有明顯的差別,顯然受到人類活動(dòng)的影響.以大連為中心的遼東南經(jīng)濟(jì)區(qū)現(xiàn)已逐漸成為當(dāng)?shù)刂匾氖?、先進(jìn)裝備制造業(yè)基地、造船基地和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地,污染物質(zhì)的排放使得臨近海域出現(xiàn)了重金屬的污染.

Ⅲ區(qū)各重金屬元素在該區(qū)均有較高的含量,Pb、Zn、Cr、V在該區(qū)都出現(xiàn)單因子污染物污染指數(shù)的中等污染.一方面,在潮流為主的水動(dòng)力作用下,入海的細(xì)顆粒物質(zhì)在渤海灣中南部及其向遼東灣呈條帶狀延伸區(qū)域沉積,形成了渤中泥質(zhì)沉積[26-27],且與沉積物分布有關(guān)的地球化學(xué)元素也呈條帶狀分布[27].因而大量的重金屬元素在細(xì)顆粒物質(zhì)的吸附作用下在此沉積,使得該區(qū)域具有較高的重金屬含量.另一方面,海河口及天津沿岸等近岸海域重金屬多來自人類活動(dòng)的排放,海河流域尤其是京津冀經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)發(fā)達(dá),環(huán)保部稱流域內(nèi)約60%的監(jiān)測(cè)河流斷面污染嚴(yán)重[28],大量的污染物被攜帶入海,在河口及沿岸地區(qū)沉積;天津等沿岸排污口也排放了大量的污染物質(zhì),使得近岸海域重金屬含量較高.海河口附近及天津沿岸各重金屬元素在Al標(biāo)準(zhǔn)化前后均有較高值,顯示了自然過程和人為活動(dòng)的雙重影響.該區(qū)域尤其是海河口附近為研究區(qū)污染最為嚴(yán)重的區(qū)域.

圖6 研究區(qū)重金屬環(huán)境質(zhì)量分區(qū)Fig.6 The subdivisions of heavy metal environment quality in the study area

3 結(jié)論

3.1 重金屬在海河口及渤海灣中部泥質(zhì)區(qū)、渤海中部泥質(zhì)區(qū)及遼東灣沿岸區(qū)域的含量較高,而在研究區(qū)東部的渤中淺灘和渤海灣北部砂質(zhì)沉積區(qū)的含量較低.重金屬以自然來源為主,同時(shí)受到人類活動(dòng)的顯著影響.

3.2 地質(zhì)累積指數(shù)法評(píng)價(jià)表明,渤海中部未受重金屬污染或僅輕微污染,污染程度為 Pb＞Cr＞Zn＞V＞Ni＞Cu.Pb在研究區(qū)中部泥質(zhì)區(qū)及遼東半島南部沿岸大部分站位出現(xiàn)輕度污染,在遼東半島南部沿岸個(gè)別站位出現(xiàn)偏中度污染;Zn和V均有一個(gè)站位出現(xiàn)輕度污染,其余站位無(wú)污染;Cu和Ni未出現(xiàn)污染.

3.3 潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)法中單因子污染物污染指數(shù) Pb＞Cr＞＞Zn＞V＞Cu＞Ni.Pb、Zn、Cr、V以中度和輕度污染為主,Pb在大連附近個(gè)別站位已達(dá)到了重度污染,Cu和Ni為輕度污染;綜合評(píng)價(jià)為低度污染.單因子污染物生態(tài)危害程度為Pb＞Cu＞Ni＞Cr＞Ni＞Zn,尚未造成生態(tài)危害;總的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為低度.

3.4 根據(jù)污染程度的不同,將研究區(qū)分為3個(gè)不同等級(jí)的區(qū)域:渤海灣北部砂質(zhì)沉積區(qū)和研究區(qū)中東部的渤中淺灘無(wú)污染或者污染程度較輕;遼東半島南部沿岸海域?yàn)檩p度污染,個(gè)別站位有中度或重度污染;渤海灣中部、渤海中央泥質(zhì)區(qū)為中等污染.

[1] 汪玉娟,呂文英,劉國(guó)光,等.沉積物中重金屬的形態(tài)及生物有效性研究進(jìn)展 [J]. 安全與環(huán)境工程, 2009,16(4):27-29.

[2] Vincent Roussiez, Jean-Claude Aloisi, Andre′ Monaco, et al. Early muddy deposits along the Gulf of Lions shoreline: A key for a better understanding of land-to-sea transfer of sediments and associated pollutant fluxes [J]. Marine Geology, 2005,222-223: 345-358.

[3] 劉 成,王兆印,何 耘,等.環(huán)渤海灣諸河口底質(zhì)現(xiàn)狀的調(diào)查研究 [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2003,23(1):58-63.

[4] 盛菊江,范德江,楊東方.長(zhǎng)江口及其鄰近海域沉積物重金屬分布特征和環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià) [J]. 環(huán)境科學(xué), 2008,29(9):2405-2412.

[5] 李淑媛,劉國(guó)賢,苗豐民.渤海沉積物中重金屬分布及環(huán)境背景值 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 1999,14(5):370-376.

[6] 陳江麟,劉文新,劉書臻等.渤海表層沉積物重金屬污染評(píng)價(jià) [J].海洋科學(xué), 2004,28(l2):16-21.

[7] 秦延文,孟 偉,鄭丙輝,等.渤海灣天津段潮間帶沉積物柱狀樣重金屬污染特征 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2006,27(2):268-273.

[8] 張遠(yuǎn)輝,杜俊民.南海表層沉積物中主要污染物的環(huán)境背景值[J]. 海洋學(xué)報(bào), 2005,27(4):161-166.

[9] 王 貴,張麗潔.海灣河口沉積物重金屬分布特征及形態(tài)研究[J]. 海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài), 2002,18(12):1-5.

[10] 胡寧?kù)o,石學(xué)法,黃 朋,等.渤海遼東灣表層沉積物中金屬元素分布特征 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2010,30(3):380-388

[11] Osher L J, Leclerc, L, Wiersma, G B, et al. Heavy metal contamination from historic mining in upland soil and estuarine sediments of Egypt Bay, Maine, USA [J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2006,70:169-179.

[12] Goldberg E D, Gamble E,Grifin J J, et a1. Pollution history of Narragansett Bay as recorded in its sediments [J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 1997,5:549-561.

[13] Emmerson R H C, O’reilly-Wiese S B, Macleod C L, et al. A multivariate assessment of metal distribution in inter-tidal sediments of the Blackwater estuary, UK [J]. Marine Pollution Bulletin, 1997,34(11):960-968.

[14] Attrill M J, Thomesm R M. Heavy metal concentrations in sediment from the Thames estuary UK [J]. Marine Pollution Bulletin, 1995,30(11):742-744.

[15] 藍(lán)先洪.中國(guó)主要河口沉積物的重金屬地球化學(xué)研究 [J]. 海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài), 2004,20(12):1-4.

[16] 劉明, 范德江. 臺(tái)式偏振X射線熒光光譜儀在海洋沉積物元素分析中的應(yīng)用 [J]. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009, 39(3Ⅱ):421-427.

[17] GBW 07315 (GSMS-2) 深海沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) [S].

[18] 趙一陽(yáng),鄢明才,李安春,等.中國(guó)近海沿岸泥的地球化學(xué)特征及其指示意義 [J]. 中國(guó)地質(zhì), 2002,29(2):181-185.

[19] 丁喜桂,葉思源,高宗軍.近海沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)方法[J]. 海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài), 2005,21(8):31-36.

[20] Muller G. Index of geoaccumulation in sediments of Rhine River [J]. Geo. J,.1969,2:108-118.

[21] 黎 彤.地球和地殼的化學(xué)元素豐度 [M]. 北京:地質(zhì)出版社, 1990.

[22] Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control: a sedimentological approach [J]. Water Research, 1980, 14:975－986.

[23] 徐爭(zhēng)啟,倪師軍,庹先國(guó),等.潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)中重金屬毒性系數(shù)計(jì)算 [J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2008,31(2):112-115.

[24] 喬淑卿,石學(xué)法,王國(guó)慶,等.渤海底質(zhì)沉積物粒度特征及輸運(yùn)趨勢(shì)探討 [J]. 海洋學(xué)報(bào), 2007,32(4):139-147.

[25] Hu Limin, Guo Zhigang, Feng Jialiang, et al. Distributions and sources of bulk organic matter and aliphatic hydrocarbons in surface sediments of the Bohai Sea, China [J]. Marine Chemistry, 2009,113:197-211.

[26] Zhu Y, Chang R. Preliminary study of the dynamic origin of the distribution pattern of bottomsediments on the continental shelves of the Bohai Sea, YellowSea and East China Sea. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2000,51:663-680.

[27] 秦蘊(yùn)珊,趙松齡,趙一陽(yáng),等.渤海地質(zhì) [M]. 北京:科學(xué)出版社, 1985.

[28] 生態(tài)環(huán)保圖書館. http://eelib.zslib.com.cn/showarticle.asp?id= 12118 [Z].