中街山列島國家級海洋特別保護區海域表層沉積物重金屬污染狀況及變化趨勢分析

胡益峰，蔣 紅

（1.國家海洋局東海分局舟山海洋工作站 舟山 316104；2.舟山市海洋環境監測預報中心 舟山 316104；3.中國海洋大學海洋環境學院 青島 266033）

中街山列島國家級海洋特別保護區海域表層沉積物重金屬污染狀況及變化趨勢分析

胡益峰1，2，3，蔣 紅1，2

（1.國家海洋局東海分局舟山海洋工作站 舟山 316104；2.舟山市海洋環境監測預報中心 舟山 316104；3.中國海洋大學海洋環境學院 青島 266033）

根據2009—2011年普陀中街山列島海洋特別保護區海域表層沉積物重金屬的監測結果，對沉積物的Hg、As、Cu、Pb、Cd 5種重金屬元素進行了污染狀況及變化趨勢分析，結果表明：沉積物重金屬含量符合國家海洋沉積物質量一類標準，Cu和Pb的含量相差不大，且含量明顯高于其他3種重金屬元素，其次由大到小依次為As、Cd、Hg，5種重金屬含量的年際變化也略有不同。5種重金屬的污染指數由大到小依次為Cu、As、Cd、Pb、Hg，Cu含量近3年來污染指數均大于0.79，應引起重視和加強監測。5種重金屬的單個潛在生態風險均為低，潛在生態風險指數由大到小依次為Cd、As、Hg、Cu、Pb，5種重金屬的綜合潛在生態風險水平也為低。

中街山列島；海洋特別保護區；表層沉積物；重金屬；污染；趨勢

舟山普陀中街山列島國家級海洋特別保護區位于浙江北部海域［1］，于2006年5月經由國家海洋局批準建立，保護區總面積202.9 km2，其中海域面積192.42 km2。保護區隸屬于普陀區東極鎮，區內有黃興島、廟子湖島、青浜島、東福山等4個有居民海島和41個無居民海島。保護區所處的中街山列島位于杭州灣外緣，橫貫整個舟山漁場，呈WE向狹長形排列，分布在東西51.2 km，南北13.7 km的海域中。北為岱巨洋，南為黃大洋，西靠大長涂山，西隔小板門與岱山東部相鄰，東至兩兄弟嶼（外甩），占據了我國沿海南北航線和長江“黃金水道”交匯的咽喉要沖，是長三角地區走向世界的海上走廊。保護區內豐富的漁業資源（魚、貝、藻類等）、鳥類資源、島礁資源、旅游景觀及其所處的獨特而敏感的海洋生態系統都是保護區的主要保護對象。目前，關于普陀中街山列島海洋特別保護區海域表層沉積物重金屬污染狀況的評價研究鮮有報道，僅有任敏等［2］對中街山列島附近海域的環境質量現狀進行了評價與分析。本研究根據2009—2011年的重金屬監測數據，對普陀中街山列島海洋特別保護區海域近3年來表層沉積物重金屬的污染狀況及變化趨勢進行評價，為及時掌握保護區生態環境質量、合理利用保護區資源、更好地保護海洋環境提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 采樣站位與樣品采集

普陀中街山列島海洋特別保護區海域共布設7個沉積物監測站位。2009—2011年每年的8月進行一次表層沉積物采樣，使用0.05 m2的曙光抓斗式采泥器采集，取0～2 cm的表層樣品，以備實驗室檢測用。

1.2 分析方法

對沉積物Pb、Cu、Cd、Hg、As 5種重金屬元素的含量進行分析。沉積物樣品的貯存及運輸嚴格按照《海洋監測規范》第3部分（GB 17378.3）中的相關規定執行，沉積物的預處理、重金屬分析嚴格按照《海洋監測規范》第5部分（GB17378.5）的規定和分析方法進行，樣品經微波消解后，Hg和As用原子熒光法測定，Pb、Cu和Cd用原子吸收分光光度法測定。

1.3 評價方法與評價等級

目前，國際上有關沉積物中重金屬研究的先進方法主要有地積累指數法、污染負荷指數法、回歸過量分析法、潛在生態危害指數法、底棲生物評價方法和數據計算方法等［3］。以往沉積物環境評價基本采用單因子評價法、綜合指數法［4－5］，此類方法比較簡單，不能充分真實地反應海域沉積物環境質量狀況。根據本研究的特點，對沉積物重金屬的含量水平進行了分析并運用瑞典科學家Hakanson［6］提出的潛在生態危害指數法對重金屬的潛在污染狀況進行了分析評價，應用該方法，篩選出了主要的潛在生態風險因子，并對重金屬的污染程度、綜合污染效應和變化趨勢進行了分析評價。

1.3.1 重金屬含量單因子評價

對普陀中街山列島海洋特別保護區表層沉積物重金屬的含量狀況進行分析，并根據《海洋沉積物質量》第一類標準值，采用污染指數法進行評價，其計算公式為Pi＝Ci/Csi。式中，Pi為第i種重金屬的污染指數，Ci為第i種重金屬的實測值，Csi為第i種重金屬的標準值。Pi≤1時，符合標準；Pi＞1時，含量超標。沉積物質量一類標準值Cu≤35.0×10－6、Pb≤60.0×10－6、Cd≤0.50×10－6、Hg≤0.20×10－6、As≤20.0×10－6。

1.3.2 重金屬的潛在生態風險指數評價

本研究采用瑞典學者Hakanson提出的潛在生態風險指數法對沉積物重金屬的生態風險進行評價。該方法是劃分沉積物污染程度及潛在生態風險的一種快速、簡便且是目前國內外沉積物質量評價應用最為廣泛的方法之一［7］。

定義單個重金屬潛在生態風險指數為

Eir＝Tir×Cif＝Tir×Ci/Cin

式中：Eir為單個重金屬的潛在生態風險指數，等級劃分見表1；Tir為第i種重金屬的毒性響應參數，用于反映單個重金屬的毒性水平和生物對污染物的敏感程度，根據Hakanson制定的Hg、As、Pb、Cu、Cd的毒性相應參數分別為40、10、5、5、30；Cif為第i種重金屬的污染系數；Ci為沉積物中第i種重金屬的實測濃度；Cin為沉積物重金屬的背景參比值，采用Hakanson提出的工業化前全球沉積物的最高背景值為參比值，Hg、As、Pb、Cu、Cd分別取0.25、15、70、50、1.0。

表1 單個重金屬潛在生態風險指標與分級關系

5種重金屬總的潛在生態風險指數為

Et為5種重金屬的潛在生態風險指數，等級劃分見表2。

表2 5種重金屬潛在生態風險指標與分級關系

2 結果與討論

2.1 沉積物重金屬含量分析

由表3中沉積物的監測結果可以看出，2009—2011年普陀中街山列島海洋特別保護區表層沉積物重金屬Hg、As、Cu、Pb和Cd的含量變化范圍分別為（0.042～0.058）×10－6、（11.2～13.9）×10－6、（27.1～33.0）×10－6、（23.5～31.2）×10－6、（0.23～0.39）×10－6，與國家海洋沉積物質量第一類標準相比，5種重金屬的含量均符合一類標準。在含量大小上，Cu和Pb的含量相差不大，且含量明顯高于其他3種重金屬元素，其次由大到小依次為As、Cd、Hg，這與嵊泗赤潮監控區表層沉積物重金屬含量大小的排序相同［8］。

表3 表層沉積物重金屬的含量×10－6

沉積物重金屬含量年際變化情況見圖1和圖2。從圖1和圖2可以看出，5種重金屬含量的年際變化略有不同。Hg、As和Pb含量比較穩定，無明顯變化，其中Hg呈略微下降趨勢，As后兩年含量持平，Pb含量略微升高趨勢；Cd含量由大到小依次為2009年、2011年、2010年，是先降后升；Cu含量則逐年略有降低的趨勢。

圖1 沉積物Hg和Cd含量的變化

圖2 沉積物As，Cu和Pb含量的變化

沉積物重金屬污染指數大小分析見表4。由表4可看出，2009—2011年普陀中街山列島海洋特別保護區沉積物重金屬平均污染指數由大到小依次為Cu、As、Cd、Pb、Hg，與其含量排序略有不同。重金屬的污染指數均小于1，表明沉積物質量狀況良好，符合國家海洋沉積物質量一類標準。

表4 表層沉積物重金屬年平均污染指數

相對其他4種重金屬元素，Cu的污染指數較高，近3年來污染指數均大于0.79，尤其是2009年污染指數達到了0.88，應引起相應重視。

2.2 重金屬潛在生態風險狀況分析

普陀中街山列島海洋特別保護區表層沉積物重金屬的潛在生態風險評價結果見表5。從表5可以看出，2009—2011年5種重金屬的單個潛在生態風險指數Eir均小于40，屬于低風險；5種重金屬的綜合潛在生態風險指數Et均小于150，表層沉積物的綜合潛在生態風險也為低水平，年際變化呈略微下降趨勢。5種重金屬在2009—2011年連續3年的平均潛在生態風險指數由大到小依次為Cd、As、Hg、Cu、Pb，這與該5種重金屬含量大小排序不同，這可能是因為有些污染要素具有親顆粒性，雖然其污染程度較高，但卻容易被懸浮物遷移而進入沉積物中被礦化埋藏，降低了對生物的毒性，從而降低了其潛在的生態風險程度［9］。

研究海域不同，重金屬的潛在風險也不同。根據蔣紅等［10］的研究，舟山南部近岸海域重金屬的潛在風險由大到小依次為Hg、Cd、Cu、Pb、As，與本研究的排序不同。這主要是因為重金屬在沉積物中的蓄積、釋放、遷移等是個復雜的過程，廉雪瓊等［11］研究表明：沉積物重金屬含量與有機質存在一定的相關性，另外，還與沉積物的粒度、物理化學性質、物質組成等有關［12］。因此，只有把各污染物在沉積環境中的累積程度與其對海洋生態系統的潛在生態危害程度結合起來進行分析，才能全面判斷出表層沉積物中污染物的污染程度和污染狀況。

表5 表層沉積物重金屬潛在生態風險評價結果

3 結論

（1）2009—2011年普陀中街山列島海洋特別保護區表層沉積物重金屬Hg、As、Cu、Pb和Cd的含量符合國家海洋沉積物質量一類標準。含量大小上，Cu和Pb的含量相差不大，且含量明顯高于其他3種重金屬元素，其次由大到小依次為As、Cd、Hg，5種重金屬含量的年際變化也略有不同。

（2）普陀中街山列島海洋特別保護區5種重金屬的污染指數由大到小依次為Cu、As、Cd、Pb、Hg，相對其他4種重金屬，Cu的污染指數較高，近3年來污染指數均大于0.79，污染指數最大，應引起重視和加強監測。

（3）普陀中街山列島海洋特別保護區Hg、As、Cu、Pb和Cd 5種重金屬各自的潛在生態風險均為低，潛在生態風險指數由大到小依次為Cd、As、Hg、Cu、Pb，5種重金屬的綜合潛在生態風險水平也為低。

［1］ MULDERIJ G，MAU B，VAN DONK E，et al.Allelopathic activity of seratiotes aloides on phytoplankton－dentification of allelopathic substances［J］.Hydrobiologia，2007，584：89－100.

［2］ 任敏，葉仙森，項有堂.中街山列島附近海域環境質量現狀評價與分析［J］.海洋開發與管理，2006，23（3）：114－117.

［3］ 賀心然，付永碩，柳然.連云港市河流表層沉積物中重金屬污染及潛在生態危害［J］.淮海工學院學報：自然科學版，2007，23（1）：47－50.

［4］ 葛仁英，韓正玉，邵明福.海洋港附近海域污染現狀評價［J］.海洋環境科學，1997，16（4）：26－31.

［5］ 李建軍，馮慕華，喻龍.遼東灣淺水區水環境質量現狀評價［J］.海洋環境科學，2001，20（3）：42－45.

［6］ HAKANSON LAPS.An ecological risk index for aquatic pollution control－A sediment logical approach［J］.Water Research，1980，14：975－1001.

［7］ 李淑媛，苗豐民，劉國賢，等.渤海底質重金屬環境背景值初步研究［J］.海洋學報，1995，17（2）：78－85.

［8］ 胡益峰，蔣紅，徐靈燕，等.嵊泗赤潮監控區表層沉積物和紫貽貝（Mytilus edulis）重金屬含量分析［J］.福建水產，2011，33（2）：6－9.

［9］ 賈振邦，梁濤，林健枝，等.香港河流重金屬污染及其潛在生態危害研究［J］.北京大學學報：自然科學版，1997，33（4）：485－492.

［10］ 蔣紅，胡益峰，徐靈燕，等.舟山近岸海域表層沉積物中5種重金屬元素的污染及其潛在生態風險評價［J］.海洋學研究，2011，29（1）：56－60.

［11］ 廉雪瓊，王運芳，陳群英.廣西近岸海域海水和沉積物及生物體中的重金屬［J］.海洋環境科學，2001，20（2）：59－62.

［12］ 栗俊，鮑永恩，劉廣遠，等.東海陸架沉積物中重金屬地球化學研究［J］.海洋環境科學，2007，26（1）：63－66.