溫州南部海域表層沉積物重金屬水平及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

陳軍 陳德慧 王小華 金矛 周青松

摘要 通過對(duì)溫州南部海域13個(gè)沉積物站位6種重金屬元素含量進(jìn)行測(cè)定，分析了沉積物重金屬污染狀況和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的沉積物重金屬含量均達(dá)到國家海洋沉積物一類標(biāo)準(zhǔn)，重金屬單因子污染指數(shù)均小于1，單因子污染指數(shù)平均值由大到小依次為 Zn、Cu、As、Pb、Cr、Hg，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位綜合污染指數(shù)在1.82～2.05，平均值為1.93，總體污染程度為低污染。地質(zhì)累積指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明重金屬元素平均值由大到小依次為Cu、Zn、As、Pb、Hg、Cr。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，單因子生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)由高到低依次為Hg、Cu、As、Pb、Zn、Cr，綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為21.938～28.157，平均24.912，總體處于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。

關(guān)鍵詞 沉積物;重金屬;生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號(hào) X 55? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）23-0055-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.23.017

Levels of Heavy Metals in Surface Sediments and Their Ecological Risks in the Southern Seas of Wenzhou

CHEN Jun1，CHEN De-hui2，WANG Xiao-hua1 et al

（1.Hangzhou Xiao Environmental Sci-tech Co.， Ltd.， Hangzhou， Zhejiang? 310011;2.Hangzhou Sea Slug Ecological Sci-tech Co.， Ltd.， Hangzhou， Zhejiang 310023）

Abstract By measuring the contents of 6 heavy metal elements in 13 sediment sites in the southern seas of Wenzhou， the pollution status and potential ecological risks of heavy metals in the sediments were analyzed.The results showed that the concentrations of heavy metals in sediment were less than first-class of Chinese marine sediment quality criteria.The heavy metal single factor pollution index was less than 1， and the average value of the single factor pollution index was Zn， Cu， As， Pb ， Cr， Hg in descending order， the comprehensive pollution index of each monitoring point was 1.82-2.05， the average was 1.93， and the overall pollution level was low pollution.The evaluation results of the geological accumulation index showed that the average values of heavy metal elements in descending order were Cu， Zn， As， Pb， Hg， and Cr.The result of potential ecological risk assessment indicated that the single-factor ecological risk coefficient from high to low was Hg，Cu，As，Pb，Zn，Cr， and the comprehensive ecological risk index was between 21.938 and 28.157，with an average of 24.912，which was generally at the low ecological risk level.

Key words Sediment;Heavy? metals;Ecological risk

作者簡介 陳軍（1982—），男，浙江杭州人，工程師，碩士，從事海洋環(huán)境影響評(píng)價(jià)、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)研究。

收稿日期 2021-03-02

近年來，隨著溫州沿岸城鎮(zhèn)化建設(shè)、化工業(yè)、船舶業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等的快速發(fā)展，大量未經(jīng)處理或處理不完全的污染物通過廢水排放、廢氣沉降、固廢傾倒等途徑進(jìn)入甌江、飛云江、鰲江等河流，最終匯入近岸海域，極大降低了溫州近岸海域環(huán)境質(zhì)量，危害了海洋生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定。

重金屬被認(rèn)為是沿海地區(qū)重要的污染物之一，具有持久性、蓄積性、生物毒性三大特征[1]，可通過吸附、絮凝、沉降等物理和化學(xué)過程將海水中大部分重金屬轉(zhuǎn)移為顆粒態(tài)而沉降至海底。重金屬在沉積物中不斷地累積、釋放，不僅影響海水水質(zhì)的變化，對(duì)海洋生物產(chǎn)生毒害作用，還會(huì)被海洋生物吸收后沿著食物鏈富集[2-3]，最終進(jìn)入人體影響人們身體健康。因此，了解近岸海域沉積物中重金屬水平、空間分布、來源、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等具有一定的社會(huì)意義，可為海洋環(huán)境保護(hù)和海洋開發(fā)利用提供科學(xué)指導(dǎo)。

根據(jù)2018年溫州南部海域表層沉積物調(diào)查數(shù)據(jù)，筆者分析了該海域表層沉積物6種重金屬的水平分布特征，并運(yùn)用污染指數(shù)法[4]、地質(zhì)累積指數(shù)法[5]和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法[6]等方法進(jìn)行重金屬污染評(píng)價(jià)，分析該海域沉積物重金屬含量水平，進(jìn)行潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，為溫州近岸海域環(huán)境保護(hù)提供一定的基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與預(yù)處理 2018年11月在溫州南部海域設(shè)置13個(gè)采樣站位（圖1）。表層沉積物采用抓斗式采泥器采集，用木勺從采泥器耳蓋挖取表層0～5 cm厚的泥樣置于聚乙烯封口袋中，冷藏保存。

從樣品袋中取約20 g的泥樣，在50 ℃的烘箱中烘干至恒重，然后用瑪瑙研缽研磨、過篩，處理好的粉末樣品置于干燥器中備用。

1.2 儀器與方法 Milli-Q超純水機(jī)（美國Millipore公司）;原子吸收分光光度計(jì)（美國PE公司）;原子熒光分光光度計(jì)（北京海光公司）;微波消解儀（奧地利安東帕公司）;消解環(huán)節(jié)涉及的酸均為優(yōu)級(jí)純級(jí)別。

樣品的消解采用微波消解法，消解步驟見《海洋沉積物與海洋生物體中重金屬分析前處理 微波消解法（HYT 132—2010）》。銅、鉛、鋅、鉻采用火焰原子吸收法測(cè)定，汞和砷采用原子熒光法測(cè)定。

分析過程中同步加測(cè)空白樣和質(zhì)控樣（近海海洋沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)），對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。各檢測(cè)元素的檢出限和質(zhì)控結(jié)果見表1。6種元素的標(biāo)準(zhǔn)樣測(cè)定值均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。

1.3 評(píng)價(jià)方法 采用單因子污染指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法、地質(zhì)累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法4種評(píng)價(jià)方法對(duì)溫州南部海域沉積物中重金屬現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)。各種計(jì)算公式如下：

（1）單因子污染指數(shù)計(jì)算公式：

Pi=CiCio

式中，Pi為第i項(xiàng)因子（不包括pH、DO）的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)，即單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù);Ci為第i項(xiàng)因子的實(shí)測(cè)濃度;Cio為第i項(xiàng)因子的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。

（2）綜合污染指數(shù)法計(jì)算公式：

P=niPi

式中，P為綜合污染指數(shù)。

（3）地質(zhì)累積指數(shù)法計(jì)算公式：

Igeo=log2ci1.5Bi

式中，Igeo為地質(zhì)累積指數(shù);Bi為黏質(zhì)沉積巖（即普通頁巖）中該金屬的地球化學(xué)背景值，由于背景值無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，文中選擇與Cin相同的背景值作為參考值。

（4）潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法計(jì)算公式：

RI=niEir=niTir×CiCin

式中，RI為重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù);Tir為重金屬毒性響應(yīng)系數(shù);Cin為重金屬的評(píng)價(jià)背景值，采用王菊英等[7]研究的東海表層沉積物重金屬背景值。

各海洋沉積物重金屬評(píng)價(jià)背景值及毒性響應(yīng)參數(shù)見表2，地質(zhì)累積指數(shù)與污染程度之間的關(guān)系見表3，表4為污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)污染程度劃分。

2 結(jié)果與分析

2.1 表層沉積物中重金屬的水平分布特征含量 表5表明，

溫州南部13個(gè)近岸海域沉積物監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中，重金屬Cu含量為14.6～18.1 mg/kg，平均值為15.97 mg/kg;Zn含量為81.5～

101.0 mg/kg，平均值為90.99 mg/kg;Pb含量為6.8～15.4 mg/kg，平均值10.22 mg/kg;Cr含量為8.7～12.4 mg/kg，平均值為10.37 mg/kg;Hg含量為0.014～0.023 mg/kg，平均值為0.019 mg/kg;As含量為7.65～9.34 mg/kg，平均值為8.41 mg/kg。所有監(jiān)測(cè)站點(diǎn)重金屬含量均符合《海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18668—2002）第一類標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合監(jiān)測(cè)站位圖2，6種重金屬元素的含量波動(dòng)較小，無明顯空間分布規(guī)律。

我國淺海沉積物重金屬背景值見表6[12]。由表5和表6可知，溫州南部海域重金屬元素Pb、Zn、Cr、Hg均未超過中國淺海沉積物重金屬背景值，重金屬元素Cu、As超過了我國淺海沉積物重金屬背景值，超標(biāo)6.5%、9.2%。 國內(nèi)海灣重金屬含量數(shù)據(jù)見表7。由表5和表7可知，與國內(nèi)海灣重金屬含量均值相比，溫州南部海域重金屬元素Cu超過大亞灣，重金屬元素As超過大亞灣、膠州灣，說明Cu、As這兩類重金屬在溫州南部海域沉積物中有一定的富集。

重金屬的變異程度反映了其空間分布的差異程度，一般情況下，小于15%的變異系數(shù)稱為小變異，變異系數(shù)15%～36%稱為中等變異，變異系數(shù)大于36%稱為高度變異。表5表明，溫州南部海域重金屬Pb、Hg屬于中等變異，其余 5種重金屬均為小變異。變異程度由高到低依次為Pb、Hg、Cr、Cu、As、Zn，說明重金屬Pb受人類活動(dòng)影響最大。

2.2 沉積物重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.2.1 污染指數(shù)法評(píng)價(jià)。溫州南部海域沉積物重金屬污染指數(shù)及綜合污染指數(shù)計(jì)算結(jié)果及污染程度見表8，單因子污染指數(shù)中，各站位6種重金屬單因子污染指數(shù)均小于1，單因子污染指數(shù)平均值由大到小依次為 Zn > Cu > As > Pb > Cr > Hg，污染程度均為低污染。各監(jiān)測(cè)站位綜合污染指數(shù)在1.82～2.05，平均值為1.93，總體污染程度為低污染。

2.2.2 地質(zhì)累積指數(shù)法評(píng)價(jià)。在沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)指標(biāo)中，地質(zhì)累積指數(shù)已廣泛應(yīng)用[17]。重金屬元素地質(zhì)累積指數(shù)見表9，重金屬Cu、Pb、Zn、Cr、Hg、As的重金屬地質(zhì)累積指數(shù)平均值分別為0.043、-1.571、-0.128、-3.283、-2.943、-1.559，沉積物重金屬地質(zhì)累積指數(shù)平均值由大到小依次為 Cu> Zn > As > Pb > Hg > Cr。所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位重金屬元素地質(zhì)累積指數(shù)均小于1，屬于無污染或輕度污染。

2.2.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)。瑞典地球化學(xué)家Hakanson于1980年建立了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，該方法既可評(píng)價(jià)某一特定環(huán)境中的每種污染物的影響，又可反映多種污染物的綜合影響，并且定量劃分出潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度[18]。海域沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算結(jié)果見表10。表10表明，單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)中，單個(gè)重金屬平均值范圍在0.308～9.060，均小于40，屬于低風(fēng)險(xiǎn)水平，6種重金屬單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值從大到小依次為Hg >Cu>As>Pb>Zn>Cr。

從多元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)來看，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)范圍為21.938～28.157，平均值24.912，參照分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位處于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。與張樹剛等[19]報(bào)道的2014年溫州近岸海域沉積物潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果相一致。

3 結(jié)論

（1）溫州南部海域13個(gè)點(diǎn)位沉積物6種重金屬含量均達(dá)到《海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18668—2002）第一類標(biāo)準(zhǔn)，6種重金屬元素的含量波動(dòng)較小，無明顯空間分布規(guī)律。根據(jù)重金屬的變異系數(shù)可知，重金屬Pb、Hg屬于中等變異，其余 4種重金屬均為小變異。變異程度由高到低依次為Pb、Hg、Cr、Cu、As、Zn。重金屬元素Cu、As超過了我國淺海沉積物重金屬背景值，超標(biāo)6.5%、9.2%。

（2）污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明，溫州南部海域沉積物重金屬總體污染程度為低污染水平;地質(zhì)累積指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，沉積物重金屬地質(zhì)累積指數(shù)平均值由大到小依次為Cu、Zn、As、Pb、Hg、Cr，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位重金屬元素地質(zhì)累積指數(shù)均小于1。

（3）潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，重金屬單因子生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)由高到低依次為Hg、Cu、As、Pb、Zn、Cr。重金屬綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值RI范圍為21.938～28.157，平均值24.912，總體處于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。

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