秦皇島近岸海水和沉積物中重金屬的含量分布及生態(tài)風險評價

陳燕 張勇 李莉 張彥龍 張建樂 馬繼成

摘?要：對秦皇島海域46個站位的海水和表層沉積物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的含量進行了分析。海水中Cu、Cd、As含量在第一類海水水質(zhì)標準范圍內(nèi)波動，部分站位Pb、Zn、Hg含量超過第一類海水水質(zhì)標準，符合第二類海水水質(zhì)標準，調(diào)查海域北部海水重金屬綜合污染指數(shù)略高，各季節(jié)綜合污染指數(shù)比較穩(wěn)定，海水沒有受到重金屬污染。表層沉積物中重金屬全部符合第一類海洋沉積物質(zhì)量標準，重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)高的區(qū)域主要位于戴河口以北的近岸海域，6種重金屬潛在生態(tài)危害由大到小依次為Hg>Cd>As>Cu>Pb>Zn，調(diào)查海區(qū)表層沉積物沒有受到重金屬污染，多種重金屬總的潛在生態(tài)危害程度低。

關(guān)鍵詞：秦皇島海域;重金屬;分布;生態(tài)風險

重金屬可在海水、沉積物、固體懸浮顆粒和海洋生命物質(zhì)中循環(huán)遷移，一般輸入海洋中的重金屬在海水中稀釋并可被懸浮物質(zhì)吸附而沉降至海底沉積物中，而沉積物中的重金屬也可通過物理化學以及生物過程再次進入水體，使得海水中重金屬濃度保持在某一水平[1]。人類的工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、日常生活污水排放等輸入大量重金屬，會造成嚴重的海洋污染，它們對于海洋環(huán)境有極大的危害，其中毒性較大的是汞、鉛、鎘等元素，作為難降解的污染物質(zhì)，重金屬因其生物富集性而對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成極大威脅，并可通過食物鏈在人體內(nèi)蓄積，危害人類健康，因此成為海洋污染監(jiān)測研究的熱點[2-8]。

秦皇島沿海地處渤海灣西部，依靠著豐富的海岸資源，港口航運、旅游和養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，而渤海海水交換能力弱、自凈能力差，更新周期長達15年[9]，使得進入秦皇島海域的重金屬不斷蓄積，海洋環(huán)境承受的壓力也愈來愈大。以前對于秦皇島海域重金屬的研究鮮有報道，特別是對海水和沉積物中重金屬全年多季節(jié)連續(xù)跟蹤監(jiān)測的研究更為少見。筆者根據(jù)2011年春季、夏季和秋季對秦皇島海域表層海水和表層沉積物重金屬的調(diào)查結(jié)果， 對重金屬污染水平及其生態(tài)危害進行分析和比較， 并綜合評價重金屬的污染狀況， 從而為海洋經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1?調(diào)查區(qū)域與方法

1.1?監(jiān)測站位和監(jiān)測時間

2011年在秦皇島海域共布設(shè)46個采樣站，分別于春季（5月）、夏季（8月）、秋季（10～11月）進行表層海水和表層沉積物重金屬的調(diào)查分析。

1.2?監(jiān)測項目和方法

海水和沉積物樣品的采集、保存和分析均按照國家標準《海洋監(jiān)測規(guī)范》 （GB 17378-2007）[10～11]有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。樣品中銅（Cu）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）測定所用儀器為AA-6800原子吸收分光光度計，汞（Hg）、砷（As）測定所用儀器為XGY6080原子熒光光度計（其中As為非金屬，但其生物毒性與金屬類似，因此歸為重金屬一起評價）。

1.3?評價方法與標準

1.3.1?海水重金屬

分析表層海水中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As含量，利用水質(zhì)綜合污染指數(shù)法對這6種重金屬的污染水平進行綜合評價，公式如下[12-13]：

式中：Pi、Ci和Cio分別為第i種重金屬的相對污染指數(shù)、實測數(shù)據(jù)和評價標準（本研究采用國家一類海水水質(zhì)標準[14]），n為金屬i參與評價樣品的總數(shù)，Si為重金屬的綜合污染指數(shù)。重金屬污染水平等級劃分見表1。

1.3.2?沉積物重金屬

采用單因子污染指數(shù)法和潛在生態(tài)風險評價法評價了表層沉積物中6種重金屬的狀況和生態(tài)風險。

單因子污染指數(shù)法計算公式為：

式中：Pi—某污染因子的污染指數(shù)，即單因子污染指數(shù);Ci—某污染因子的實測濃度;Cio—某污染因子的評價標準（本研究采用國家一類沉積物質(zhì)量標準[15]）。凡是單因子指數(shù)小于或等于1者，為該監(jiān)測站沒有遭受該要素的污染，大于1者為遭受污染，該值越大污染越重。

潛在生態(tài)危害指數(shù)法是瑞典學者Hakanson于1980年建立的一套應(yīng)用沉積學原理評價重金屬污染及生態(tài)危害的方法，是基于考慮重金屬含量條件、重金屬數(shù)量條件、毒性條件和敏感性條件[16-17]來計算重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)的方法：

某一重金屬i的潛在生態(tài)危害系數(shù)：

式中：Eir為金屬i的潛在生態(tài)危害系數(shù);Tir為重金屬毒性響應(yīng)系數(shù);Cif為重金屬i的污染系數(shù);Ci為重金屬i的實測濃度;Cin為重金屬i的評價參比值，沉積物一般采用工業(yè)化以前的沉積物中重金屬最高背景值，見表2。

某一點多種重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)：

潛在生態(tài)危害指數(shù)評價標準中潛在生態(tài)危害系數(shù)Eir描述某一污染物（元素）的污染程度，從低到高分為5個等級，而綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)ERI描述某一點多個污染物潛在生態(tài)危害系數(shù)的綜合值，分為4個等級，見表3。

2?結(jié)果與討論

2.1?表層海水重金屬評價及分布

秦皇島海域表層海水重金屬監(jiān)測結(jié)果見表4，表層海水水質(zhì)狀況和6種重金屬超過一類海水水質(zhì)標準的百分比率見表5。表層海水中Cu、Cd、As含量較低，在第一類海水水質(zhì)標準范圍內(nèi)波動;部分站位Pb、Zn、Hg含量超過第一類海水水質(zhì)標準，符合第二類海水水質(zhì)標準， Pb超過一類海水的比率最高，各季節(jié)均有60%以上站位的Pb超過一類海水水質(zhì)標準;Hg超過一類海水的比率最低，超標率各季節(jié)比較穩(wěn)定，為10.5%～13.0%;Zn超過一類海水的比率在秋季升高到73.7%，春季和夏季分別為21.7%和26.1%。各季節(jié)重金屬綜合污染指數(shù)均小于1，分布規(guī)律性不強（見表6），綜合污染指數(shù)大于0.5的站位有1、2、6、8、9、11、13、14、16、19、26、29、30，主要分布在調(diào)查海域的中部和北部，平均值穩(wěn)定在0.55～0.58之間，沒有受到重金屬污染。

2.2?表層沉積物重金屬評價結(jié)果及分布

秦皇島海域表層沉積物質(zhì)量的分析結(jié)果見表7，以一類海洋沉積物質(zhì)量標準計算出的單因子污染指數(shù)見表8，各季節(jié)調(diào)查海域表層沉積物中重金屬平均含量變化不大，全部符合第一類海洋沉積物質(zhì)量標準，但6種重金屬的最高值均接近第一類海洋沉積物的上限值。各站位重金屬的潛在危害系數(shù)和綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)統(tǒng)計結(jié)果見表9。6種重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)均低于40，均處于低危害程度，潛在生態(tài)危害由大到小依次為Cd>Hg>As>Pb>Cu>Zn。各站沉積物中多種重金屬的綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)為9.2～67.4，均低于一類等級值150。秦皇島海域表層沉積物中金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)平面分布見圖3，重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)高的站位有：1、2、5、29、30、39、40、41，主要位于戴河口以北的海域，生態(tài)危害指數(shù)由近岸向外海減小的趨勢明顯。綜合結(jié)果表明，調(diào)查海區(qū)表層沉積物沒有受到重金屬污染，多種重金屬總的潛在生態(tài)危害程度低。

3?結(jié)論

秦皇島海域表層海水中Cu、Cd、As含量較低，含量在第一類海水水質(zhì)標準范圍內(nèi)波動。Pb、Zn、Hg部分站位含量超過第一類海水水質(zhì)標準，符合第二類海水水質(zhì)標準。調(diào)查海域各季節(jié)海水綜合污染指數(shù)比較穩(wěn)定，平均值均大于0.5，中部和北部重金屬綜合污染指數(shù)略高，個別站位綜合污染指數(shù)接近1。各季節(jié)調(diào)查海域表層沉積物中重金屬全部符合第一類海洋沉積物質(zhì)量標準，但6種重金屬的最高值均接近第一類海洋沉積物的上限值。表層沉積物中6種重金屬潛在生態(tài)危害由大到小依次為Hg>Cd>As>Cu>Pb>Zn，均處于低生態(tài)危害程度。多種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)高的站位主要位于戴河口以北的海域，生態(tài)危害指數(shù)呈現(xiàn)由近岸向外海減小的趨勢，受人類活動影響明顯。

綜合結(jié)果表明，秦皇島海域表層海水和表層沉積物沒有受到重金屬污染，但部分站位的海水綜合污染指數(shù)和沉積物單因子污染指數(shù)已接近臨界值，應(yīng)引起重視。

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（收稿日期：2019-08-14;修回日期：2019-09-03）