?？跒吵练e物重金屬分布及生態(tài)危害研究

張家友　邢增富　任國棟　岑銳　王成

關(guān)鍵詞：?？跒?；重金屬；分布特征；污染狀況

中圖分類號(hào)：X820 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

海灣海底沉積物是人類活動(dòng)影響海洋環(huán)境的重要監(jiān)測物，具有“源和匯”的雙重屬性，既是污染物的最終去處，也是可能的二次污染源，是海洋環(huán)境研究的關(guān)注點(diǎn)。?？跒澄挥诤？谑嘘懹虮泵妗傊莺{的南部，東西長14 km，南北寬6 km，面積約42 km²，是海南最重要的海灣之一，環(huán)境狀況備受關(guān)注，也開展了較多的研究。文章利用網(wǎng)格布點(diǎn)采樣法系統(tǒng)采集的?？跒澈Ｓ蚝５壮练e物為研究對(duì)象，測試As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg等8種重金屬，采用地積累指數(shù)、生態(tài)危害指數(shù)等方法評(píng)價(jià)海口灣的健康狀況，以期為?？跒抽_發(fā)建設(shè)提供數(shù)據(jù)參考。

1材料與方法

1.1樣品采集

研究區(qū)位于?？谑斜眰?cè)的?？跒澈Ｓ?，按照網(wǎng)格法布點(diǎn)進(jìn)行采樣，共布設(shè)19個(gè)站位，站位水深0.5 m～20 m之間，采樣介質(zhì)為淺層海底沉積物，使用50型抓斗采樣器均勻采集表層沉積物，采樣深度0 cm～20 cm，樣品采集工作由廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局奮斗五號(hào)調(diào)查船完成。

1.2樣品測試

樣品分析測試工作由武漢綜合巖礦測試中心完成，Cd、Ni、Cu采用等離子體質(zhì)譜儀ICP-MS測定；Cr、Pb、Zn采用X射線熒光光譜儀（XRF）測定；As、Hg采用原子熒光光譜儀（AFS）測定。

1.3評(píng)價(jià)方法

采用地質(zhì)累積指數(shù)及潛在生態(tài)危害指數(shù)的分析方法對(duì)土壤中重金屬的含量進(jìn)行評(píng)價(jià)。有關(guān)評(píng)價(jià)方法見參考文獻(xiàn)，主要評(píng)價(jià)參數(shù)見表1。

1.4評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

海底沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)參照《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)國家海洋沉積物（GB 18668-2002）》、《中國淺海沉積物地球化學(xué)》中相關(guān)背景值以及瓊州海峽深層、淺層沉積物背景值等，見表2。

2結(jié)果與討論

2.1海底沉積物重金屬含量

?？跒吵练e物重金屬含量整體特征表現(xiàn)為As平均9.37mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差3.68 mg/kg，變異系數(shù)39.3%；Cd平均0.09 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差0.12 mg/kg，變異系數(shù)127.8%；Cr平均51. 49 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差19.10 mg/kg，變異系數(shù)37.10%；Cu平均19.12mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差13.55 mg/kg，變異系數(shù)70.8%；Ni平均20.65 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差10.21 mg/kg，變異系數(shù)49.4%；Pb平均33.77 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差17.92 mg/kg，變異系數(shù)53.1%；Zn平均70.68 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差40.83 mg/kg，變異系數(shù)57.8%；Hg平均0.038 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差0.023 mg/kg，變異系數(shù)59.4%。

不同站位沉積物重金屬指標(biāo)含量不同，但總的表現(xiàn)出近岸站位樣品元素含量高，遠(yuǎn)岸站位沉積物元素含量較低，說明海口灣沉積物受人類活動(dòng)影響較大。自1988年海南建省以來，海南省與大陸聯(lián)系日益頻繁，?？诔鞘薪ㄔO(shè)快速擴(kuò)大，不同時(shí)期存在海洋航運(yùn)、海水養(yǎng)殖、廢水排海以及填海造陸等現(xiàn)象，加之基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，存在重開發(fā)輕保護(hù)，人類向海域排放了一些污染物，造成海域沉積物受到一定的影響。

2.2?？跒吵练e物重金屬污染水平

對(duì)比國家海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，海口灣沉積物中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn屬于一類標(biāo)準(zhǔn)，Hg屬于二類標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)比中國淺海沉積物背景值，Cr、Ni低于背景值，As、Cd、Cu、Pb、Zn、Hg高于背景值8.7%～68.9%不等；對(duì)比瓊州海峽深層沉積物基準(zhǔn)值，Ni低于基準(zhǔn)值，As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Hg高于基準(zhǔn)值0.1%～125.0%不等；對(duì)比瓊州海峽淺層沉積物基準(zhǔn)值，As低于基準(zhǔn)值，Ni、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Hg高于基準(zhǔn)值5.1%～80.0%不等；對(duì)比海南島表層土壤背景值，沉積物全部高于背景值5.6%～391%不等。

瓊州海峽深層沉積物基準(zhǔn)值是根據(jù)瓊州海峽4200 km²范圍內(nèi)采集深層150 cm～200 cm深海底沉積物得出的一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)值，可以認(rèn)為形成于原始狀態(tài)下的自然背景值，代表瓊州海峽沉積物的初始狀態(tài)。瓊州海峽淺層沉積物背景值是廣泛采集瓊州海峽0cm～20 cm沉積物基礎(chǔ)得出的一個(gè)淺表層面的沉積物的背景值，代表其目前受人類活動(dòng)、自然作用的狀況。海南島表層土壤背景值是采集海南島范圍內(nèi)0cm～20 cm深度的土壤樣品形成的，代表整個(gè)海南島不同地質(zhì)背景區(qū)形成的土壤的背景值。這些數(shù)據(jù)都是新近采集形成的，可以代表目前的環(huán)境狀況。與這些標(biāo)準(zhǔn)相比，?？跒潮M管仍屬于國家一類海底沉積物的標(biāo)準(zhǔn)，還是受到強(qiáng)烈的重金屬污染，應(yīng)引起人們的重視。

2.3沉積物重金屬地積累指數(shù)評(píng)價(jià)

研究選擇瓊州海峽深層沉積物的基準(zhǔn)值作為參比值。?？跒吵练e物重金屬的地積累指數(shù)及分級(jí)如表4所示。為便于研究對(duì)比各站位沉積物的重金屬綜合污染程度，在數(shù)據(jù)處理過程中應(yīng)用均方根指數(shù)進(jìn)行分析。

從表4可以看出，?？跒?9個(gè)站位中的As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg8種重金屬的污染情況，只有12號(hào)站位中的Cd的Igeo為3.2、級(jí)數(shù)為4，污染達(dá)到強(qiáng)度級(jí)別；其他站位的各元素的Igeo、分級(jí)數(shù)均小于2，無污染或中度污染級(jí)別，污染程度較輕。綜合分析海口灣沉積物重金屬的地積累指數(shù)及分級(jí)，可以得出污染強(qiáng)度由強(qiáng)至弱依次為Cd> Hg> As>Cu>Zn>Pb>Zn>Cr>Ni。

2.4沉積物重金屬污染潛在的生態(tài)危害分析

以瓊州海峽深層沉積物的背景值，經(jīng)計(jì)算，?？跒?9個(gè)站位的表層沉積物重金屬的生態(tài)危害綜合指數(shù)見表5。

從表5可以看出，Cd、Hg兩元素生態(tài)危害系數(shù)平均值分別達(dá)到70.3、76.1，均高于40達(dá)到中等危害程度，個(gè)別站位如12號(hào)Cd的Ei為424.5達(dá)到極強(qiáng)危害程度，Hg的Ei為192.0達(dá)到很強(qiáng)危害程度。

從單項(xiàng)重金屬元素來看，?？跒吵练e物中7種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為Hg> Cd> As>Cu> Pb>Cr>Zn，其中以Hg和Cd生態(tài)危害程度為強(qiáng)，個(gè)別站位達(dá)到極強(qiáng)級(jí)別；As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等元素生態(tài)危害程度較弱，為輕微級(jí)別。

從綜合指數(shù)來看，19個(gè)站位中10個(gè)站位的生態(tài)危害指數(shù)均大于150，危害程度達(dá)到中等程度，其中12號(hào)達(dá)到很強(qiáng)的危害程度，2號(hào)站位達(dá)到強(qiáng)的危害程度。

在站位分布上，離岸近的站位各重金屬的生態(tài)危害指數(shù)高，離岸遠(yuǎn)的站位生態(tài)危害指數(shù)較低。

2.5評(píng)價(jià)結(jié)果比較與分析

2.5.1評(píng)價(jià)結(jié)果的對(duì)比

根據(jù)地積累指數(shù)法和生態(tài)危害指數(shù)法的計(jì)算結(jié)果，海口灣表層沉積物重金屬元素的污染強(qiáng)度從強(qiáng)到弱排在前三的元素均為Cd、Hg、As，其他元素危害較弱；只是排列順序略有差異，地積累指數(shù)法從強(qiáng)到弱順序?yàn)镃d=Hg>As>Cu>Zn>Pb>Zn>Cr>Ni，Hakanson生態(tài)危害指數(shù)法順序?yàn)镠g>Cd>As>Cu> Pb>Cr> Zn，總體趨勢相一致。兩種評(píng)價(jià)方法的參比背景值均為瓊州海峽深層沉積物的基準(zhǔn)值（背景值），這個(gè)背景值是根據(jù)瓊州海峽4200 km²范圍內(nèi)采集深層150 cm～200 cm深海底沉積物得出的一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)值，該背景值認(rèn)為瓊州海峽長期穩(wěn)定沉積形成的，反映區(qū)域海底沉積物的實(shí)際狀況，受到人類活動(dòng)干擾較小，可以代表瓊州海峽沉積物的初始狀態(tài)。地積累指數(shù)法和生態(tài)危害指數(shù)法兩種方法對(duì)不同重金屬的毒性、協(xié)同作用的情況不同，但反映的污染狀況是一致的，說明海口灣表層沉積物中的重金屬元素尤其是Cd、Hg、As受到了較大的外源輸入。

2.5.2不同站位的對(duì)比

不論地積累指數(shù)法還是生態(tài)危害指數(shù)法，提示需要警示的站位一致，都是離岸線較近的站位生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大，離岸線較遠(yuǎn)的站位生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較小?？紤]瓊州海峽洋流、水面利用和通航狀況、近岸污染物物源輸送、岸線人類活動(dòng)等因素，?？跒澈Ｓ蚴艿饺祟惢顒?dòng)的影響在日益增大。這與其他單位不同時(shí)間段的調(diào)查結(jié)論基本一致。

3結(jié)論

?？跒潮韺映练e物重金屬含量為Zn>Cr>Pb>Ni>Cu> As>Cd>Hg，除Cd變異系數(shù)較高外，其它元素變異系數(shù)較低，分布較為均勻；?？跒吵练e物中As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg符合國家海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的一類標(biāo)準(zhǔn)，部分區(qū)域Cd屬于二類標(biāo)準(zhǔn)，重金屬含量由近岸向遠(yuǎn)岸遞減的趨勢。地累積指數(shù)法和生態(tài)危害指數(shù)法顯示?？跒吵练e物重金屬為無污染清潔級(jí)、輕微危害低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；表層沉積物重金屬元素的污染強(qiáng)度以Hg和Cd生態(tài)危害程度為強(qiáng)，占主導(dǎo)地位，As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等元素生態(tài)危害程度較弱，為輕微級(jí)別；大部分區(qū)域的生態(tài)危害指數(shù)為輕微或中等程度，只有個(gè)別區(qū)域危害指數(shù)較高，達(dá)到強(qiáng)或很強(qiáng)級(jí)別。?？跒尘C合環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)良好，但近岸海域變差的趨勢明顯，應(yīng)引起重視。