廣西欽州灣沉積物重金屬污染現狀及潛在生態風險評價

張少峰，林明裕，魏春雷，劉保良，張志娟

（國家海洋局北海海洋環境監測中心站，廣西海洋監測預報中心，廣西 北海 536000）

廣西欽州灣沉積物重金屬污染現狀及潛在生態風險評價

張少峰，林明裕，魏春雷，劉保良，張志娟

（國家海洋局北海海洋環境監測中心站，廣西海洋監測預報中心，廣西 北海 536000）

對欽州灣沉積物進行采集，測定了沉積物中的Zn、Pb、Cu、Hg、Cd、As重金屬的含量。用單因子指數法和Hakanson潛在生態風險指數法評價了沉積物中重金屬綜合污染效應。研究結果表明：欽州灣沉積物中Zn、Pb、Cu、As、Cd、Hg的平均含量分別為60.0×10-6、31.3×10-6、19.8 ×10-6、11.31×10-6、0.083×10-6、0.046×10-6。沉積物質量評價結果表明：各種重金屬單因子指數污染程度依次為 Cu（1.15）＞ Pb（1.14）＞As（0.93）＞ Cd（0.92）＞ Zn（0.90）＞Hg（0.51），多種污染物綜合效應指數為 5.56，為較低的中等程度污染；各種重金屬的潛在生態危害參數大小順序為 Cd（27.71）＞Hg（20.58）＞As（9.32）＞Cu（5.75）＞Pb（5.69）＞Zn（0.90），其潛在生態風險指數RI平均值為 69.95，屬于低潛在生態危害的范疇。

欽州灣；沉積物；重金屬；潛在生態風險評價

欽州灣位于北部灣頂部，廣西沿岸中段。該灣由內灣和外灣所構成，中間狹小，兩端開闊，東、西、北三面為陸地環繞，南面與北部灣相通，是一個半封閉型的天然海灣。該灣口門寬約為29 km，縱深約為39 km，海灣面積約為380 km2[1]。該灣是生態保護良好的海灣生態系統，各種經濟海洋魚類較豐富，沿岸生長大片紅樹林，白海豚生活在該灣內。另外，該灣水陸交通較方便，具有建立深水港的良好條件。

沉積物是重金屬污染物的載體和“蓄積庫”，水環境中重金屬絕大部分經過物理化學作用富集在沉積物表層。重金屬污染具有來源廣、殘毒時間長、易蓄積、污染后不易被發現并且難于恢復等特征，對水生生物和人體健康有較大的負面影響，并且蓄積在沉積物中的重金屬有二次污染的可能,一旦參與食物鏈循環并最終在生物體內積累，將會破壞生物體正常生理代謝活動[2]。因此水體沉積物重金屬的生物毒性或潛在生態風險是當前水環境重金屬研究的熱點問題之一[3]。

自2006年廣西北部灣大開發以來，欽州灣沿岸港口、臨海工業發展迅速。2008年3月欽州港保稅港區建設獲批，更加促進各種項目的落戶。因此掌握該海域沉積物重金屬污染現狀，并對潛在生態風險進行評價，對于該海域的海洋環境保護，海洋資源的可持續利用具有著重要的意義。

1 采樣和分析方法

1.1 樣品采集

在欽州灣海域共布設16個站點（見圖1）。于2008年夏季采集16個表層（0～3 cm）沉積物樣品，裝入聚乙烯袋中，在0～4℃下保存。將解凍至室溫的樣品在80～100 ℃烘箱內烘干6 h，烘干后的樣品用球磨機粉碎，用160目尼龍篩加蓋過篩，充分混勻后的樣品裝入磨口玻璃瓶以備用。具體操作見《海洋監測規范》[4]。

1.2 樣品分析方法

重金屬分析方法：Cd、Pb采用無火焰原子吸收分光光度法，Zn、Cu采用火焰原子吸收分光光度法，As、Hg采用原子熒光法。具體操作見《海洋監測規范》[4]，分析方法、檢出限、精密度和準確度見表1。

圖1 采樣站位Fig. 1 Location of sampling sites

表1 測試方法、檢出限(×10-6)、精密度（RSD）及準確度（相對誤差）Tab. 1 Testing method, detect on limit, precision and accuracy

實驗所用玻璃、塑料器皿均事先在硝酸溶液(1+3) 中浸泡24 h以上，并用蒸餾水和超純水洗凈后烘干，所用試劑全部為優級純，所用試劑溶液均用超純水配制。

2 評價方法

2.1沉積物重金屬污染現狀分析方法

采用單因子評價法[5]對沉積物污染要素進行分析和評價，單個污染指數的計算公式為：

多種污染物的綜合效應通過綜合指數Cd來表示：

本次重金屬調查要素為 6 項，少于Hakanson提出生態風險指數的 8 項，以Cd表征的綜合污染程度為Cd＜5，為低污染；5≤Cd＜10，為中污染；10≤Cd＜20，為較高污染；Cd≥20時為高污染[6]。

2.2 沉積物重金屬潛在生態風險評價方法

采用瑞典科學家 Hakanson 潛在生態危害指數法[7](Potential ecological risk index)，對沉積物重金屬的生態風險進行評價。該方法不僅反映了某一特定環境中的每種污染物的影響，而且也反映了多種污染物的綜合影響，并且用定量的方法劃分出潛在生態危害的程度[8]。為了定量表達水域中單個污染物的潛在生態風險，定義潛在風險參數為：

潛在生態風險指數RI定義為潛在生態風險參數之和，即：

RI＜150，海域具有低潛在生態風險；150≤RI＜300，海域具有中潛在生態風險；300≤RI＜600，海域具有較高生態風險；RI≥600，海域具有很高潛在生態風險。

3 結果與討論

3.1 沉積物重金屬的含量及變化范圍

根據16個站位的重金屬含量分析結果表明，Zn的含量范圍(15.9～98.9)×10-6，平均值為60.0×10-6；Pb的含量變化范圍為(20.7～43.4)×10-6，平均值為31.3×10-6；Cu的含量變化范圍為(6.9～26.9)×10-6，平均值為19.8×10-6；Hg的含量變化范圍為（0.015～0.090）×10-6，平均值為0.046×10-6；Cd的含量變化范圍為（0.025～0.130）×10-6，平均值為0.083 × 10-6；As的含量變化范圍為（5.4～13.7）×10-6，平均值為11.31×10-6。欽州灣沉積物Pb和Cu有上升趨勢，Hg的含量較低。欽州灣海域沉積物重金屬平均含量依次為Zn(60.0) ＞ Pb(31.3) ＞Cu(19.8) ＞ As(11.31) ＞ Cd(0.083) ＞ Hg(0.046)。

3.2 單因子評價結果

根據單因子污染指數和多種污染物綜合指數對欽州灣重金屬污染現狀計算結果見表2

根據單個污染物污染程度分級，從表 2 可以看出欽州灣海域，C2、D1、E1的Zn為中污染，其余站位低污染；A1、A2、B2、C1、C2、D1、D3、D4、E1、E2、F站位的Pb為中污染，其余站位為低污染；A1、A2、C1、C2、D1、D3、D4、E2、F站位的Cu為中污染，其余站位為低污染；C3站位的Hg為中污染，其余站位為低污染；B1、B2、C2、D3、D4、E2站位的Cd為中污染，其余站位為低污染；A1、B1、C4、D1、D2、D4、E2、F站位的As為中污染，其余站位為低污染。從平均值上分析，6種重金屬污染程度依次為Cu（1.15）＞ Pb （1.14）＞As（0.93）＞Cd（0.92）＞ Zn（0.90）＞Hg（0.51）。

表2 欽州灣沉積物重金屬污染指數及綜合指數Tab. 2 Single factor and intergraded pollution index of heavy metals in Qinzhou Bay

表3 欽州沉積物潛在生態風險評價結果Tab. 3 Potential ecological risk assessment results of heavy metals in Qinzhou Bay

根據綜合污染程度分級，從表 2 可以看出欽州灣海域沉積物污染現狀為，B2、C1、C2、D1、D3、D4、E2、F站位為中污染，其余站位為低污染。各種污染物綜合效應指數平均值為5.56，為較低中等程度污染。

3.3 潛在生態風險評價結果

根據單個污染物的潛在生態風險公式和潛在生態風險參數之和公式計算的和RI見表3。

根據單因子生態風險程度指數，可以認為Zn、Pb、Cu、As每個站位的潛在風險參數均小于40，為低潛在生態風險。C3 站位的Hg潛在風險參數為40，為中潛在生態風險，其余站位為低潛在生態風險；B1、D3、D4 站位的 As 為中潛在生態風險，其余站位為低潛在生態風險。欽州灣海域沉積物中的重金屬對海洋生態系統的危害較低，各種重金屬的潛在生態危害系數大小順序為 Cd （27.71）＞Hg（20.58）＞As（9.32）＞Cu（5.75）＞Pb（5.69）＞Zn（0.90）；其潛在生態風險指數RI平均值為69.95，根據總潛在生態風險指數分級，屬于低潛在生態危害的范疇。

3.4 討 論

沉積物重金屬含量與該灣的水位動力分選、沿岸河流注入、沿岸生活污水排放、沿岸工業廢物的排放等條件有關。欽州灣Pb、Cu的含量有上升趨勢，可能與沿岸臨海工業廢物排放有關系；而Hg評價結果較好，可能與分析方法和背景值有關；監測站位B2、C1、C2、D1、D3、D4、E2、F污染物綜合效應指數評價為中污染，可能與水動力條件有關。

欽州灣海域沉積物各種重金屬單因子指數污染程度依次為Cu（1.15）＞ Pb（1.14）＞As（0.93）＞ Cd（0.92）＞ Zn（0.90） ＞Hg（0.51）；而各種重金屬的潛在生態危害系數大小順序為 Cd（27.71）＞Hg（20.58）＞As（9.32）＞Cu（5.75）＞Pb（5.69）＞Zn（0.90）；從兩種評價可以看出兩種結果的排列順序并不一致。其原因可能為：（1）由于各個重金屬的毒性響應參數不同[9]；（2）因為某些重金屬元素雖然污染程度較高，但其具有親顆粒性，容易被懸浮物遷移進入沉積物中礦化埋藏使它們對生物的毒性降低,因此對潛在生態風險系數貢獻較低[5]；（3）由于背景值的選擇，及背景值與現在監測值的分析方法不同有關[10]；(4) 與分析研究方法有關。單因子評價指數與潛在生態風險指數之間的關系較復雜，值得深入研究。因此，將單因子指數法和潛在生態危害指數法相結合，并加上相應的生物或生態效應指標，才能較全面反映沉積物中重金屬的污染狀況[11]。

欽州灣沉積物總體質量較好，應該加大沿岸排放廢物處理力度，制定海洋環境保護的可行性措施，來保障海洋資源的合理利用及沿岸經濟的持續發展。

4 結 論

通過對欽州灣表層沉積物中重金屬的污染現狀及其潛在生態風險評價分析，獲得初步結論如下：

a) 欽州灣沉積物中Zn、Pb、Cu、As、Cd、Hg的平均含量分別為60.0 × 10-6、31.3 × 10-6、19.8 ×10-6、11.31 × 10-6、0.083 × 10-6、0.046 × 10-6；

b) 根據單因子重金屬污染指數和多種污染物的綜合效應綜合指數表明：欽州灣海域沉積物各種重金屬單因子指數污染程度依次為Cu(1.15) ＞Pb(1.14) ＞ As(0.93) ＞ Cd(0.92) ＞ Zn(0.90) ＞Hg(0.51)，多種污染物的綜合效應指數為5.56，為較低中等程度污染；

c) 根據單因子重金屬的潛在生態危害系數和多個重金屬的潛在生態風險指數的評價結果表明：欽州灣海域沉積物中的重金屬對海洋生態系統的危害較低，各種重金屬的潛在生態危害系數大小順序為 Cd(27.71) ＞ Hg(20.58) ＞ As(9.32) ＞ Cu(5.75) ＞Pb(5.69) ＞ Zn(0.90)；其潛在生態風險指數平均值RI為69.95，屬于低潛在生態危害的范疇。

[1] 李樹華. 中國海灣志廣西海灣分冊 [M]. 北京: 海洋出版社,1993, 144-148.

[2] Tang D G. Kent W W. Peter H S. Distribution and partitioning of trace metals(Cd，Cu，Ni，Pb，Zn) in Galveston Bay waters [J].Marine Chemistry, 2002, 78(5): 29-45.

[3] 唐銀健. Hakanson 指數法評價水體沉積物重金屬生態風險的應用進展 [J]. 環境科學導刊, 2008, 27(3): 66-68.

[4] 國家質量技術監督局. 《海洋監測規范》第五部分：沉積物分析GB17378.5-2007 [S]. 北京: 中國標準出版社, 2008, 4-18.

[5] 李杰, 祁士華, 王向琴, 等. 海南小海沉積物中的重金屬分布特征及潛在生態風險評價 [J]. 安全與環境工程, 2008, 15(2):18-22.

[6] 張勇, 劉樹函. 廣州海域沉積物重金屬污染及潛在生態風險評價[J]. 海洋地質動態, 2007, 23(2): 14-16.

[7] Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control:A sedimentological approach [J]. Water Research. 1980, 14(8):975-1 001.

[8] 趙泌娜, 徐啟新, 楊凱. 潛在生態危害指數法在典型污染行業土壤污染評價中的應用 [J]. 華東師范大學學報(自然科學版), 2005,(1): 111-116.

[9] 鄭琳，崔文林，賈永剛. 青島海洋傾倒區沉積物重金屬污染及其生態風險評價 [J]. 海洋環境科學，2008, 28(增 2): 45-48.

[10] 李桂海, 藍東兆, 曹志敏, 等. 廈門海域沉積物中的重金屬及其潛在生態風險 [J]. 海洋通報, 2007, 26(1): 67-72.

[11] 蘭圣迎，吳玲玲，陳潔, 等. 湛江柳河入海排污口鄰近海域沉積物重金屬評價 [J]. 海洋通報, 2007, 26(2): 38-41.

Pollution assessment and potential ecological risk evolution for heavy metals in the sediments of Qinzhou Bay

ZHANG Shao-feng, LIN Ming-yu, WEI Chun-lei, LIU Bao-liang, ZHANG Zhi-juan
(Beihai Marine Environmental Monitoring Center Station of SOA, Marine Monitoring and Forecast Center of Guangxi, Beihai 53600, China）

The sediments from Qinzhou Bay (Guangxi, China) were collected and the concentrations of Zn, Pb, Cu, Hg,Cd and As in the sediments were tested. The integrated pollution effect of heavy metals of these sediments was evaluated by the technique of single factor index and Hakanson potential ecological risk index．The results showed that the average concentration of Zn, Pb, Cu, As, Cd and Hg was 60.0×10-6、31.3×10-6、19.8×10-6、11.31×10-6、0.083×10-6、0.046×10-6,respectively． The sequence of single factor index is Cu (1.15) ＞ Pb (1.14) ＞As (0.93) ＞ Cd (0.92) ＞ Zn (0.90) ＞Hg (0.51).The average intergraded pollution index was 5.56，which was very slight middle pollution . The potential ecological risk was Cd (27.71) ＞ Hg (20.58) ＞ As (9.32) ＞ Cu (5.75) ＞ Pb (5.69) ＞ Zn (0.90) and the average potential ecological risk was 69.95，which indicated that Qinzhou Bay had low potential ecological risk．

Qinzhou Bay; sediment; heavy metal; potential ecological risk assessment

X55; P736.4+1

A

1001-6932(2010)04-0450-05

2009-05-31；

2009-12-24

張少峰（1981－），男，助理工程師，主要從事海洋生態環境監測研究。電子郵箱：unusualcenter@163.com