北部灣油田海域沉積物重金屬生態危害評價＊

蘭圣迎 石榮貴 張敬懷 黃楚光

（國家海洋局南海環境監測中心）

北部灣油田海域沉積物重金屬生態危害評價＊

蘭圣迎 石榮貴 張敬懷 黃楚光

（國家海洋局南海環境監測中心）

利用北部灣油田海域沉積物重金屬10年監測數據，基于標準指數法、富集系數法、潛在生態危害指數法，對Pb、Zn、Cd和Hg 4種重金屬進行變化規律、富集特征和生態危害研究。結果表明：2013年，4種重金屬標準指數均小于1，符合第一類沉積物質量標準，總體處于良好狀態，2011年后Cd含量上升明顯；2013年，重金屬富集程度由大到小為Pb＞Zn＞Cd＞Hg，Pb和Zn屬于中污染水平，Cd和Hg屬于低污染水平，2011年后Cd富集系數上升明顯；多年來，4種重金屬的生態危害指數均小于40，屬于輕微生態危害。2011年后Cd生態危害指數增幅明顯。與臨近海域相比，Cd含量處于較高水平；與國內其他海洋油田相比，Zn含量處于較高水平。

北部灣油田；沉積物；重金屬；生態危害

0 引 言

重金屬是一種難消除的累積性污染物，不能被微生物降解，并可通過食物鏈傳遞富集，對人體和其他生物的潛在危害極大［1］。海洋中的重金屬通過物理、化學和生物作用，最終富集在沉積物中，而蓄積在沉積物中的重金屬有二次污染的可能。相對于海水，沉積物中的重金屬含量高、穩定且具有累積性，可反映出區域水環境整體質量狀況［2-3］。

北部灣油田位于北部灣潿洲島西南部海域，臨近廣東、廣西和海南3省（區）海域交界處，從第一口油井投產到現在已接近30年，是我國較早開發的海洋石油工程。重金屬是海洋石油開發過程中產生的污染物之一，主要通過石油勘探泥漿、鉆屑攜帶排放。目前，關于海洋石油開發附近海域中沉積物重金屬的研究報道較少，李永霞等曾對埕島油田海域重金屬含量與生態評價進行過研究［4］。本文利用多年來監測數據，基于富集系數法和生態危害指數法，對北部灣油田海域表層沉積物中重金屬污染特征進行分析，研究其生態危害程度及變化趨勢，為該海域的生態環境保護和海洋資源可持續利用提供參考。

1 研究方法

1.1 數據來源

本文基于北部灣油田海域1996—2013年其中10年的沉積物監測數據，并結合2013年雷州半島西部近岸、番禺油田、文昌油田海域監測數據，提取海洋石油開發工程重金屬特征污染物Pb、Zn、Cd、Hg，研究北部灣油田海域沉積物重金屬含量分布規律和潛在生態危害。研究數據取年度或區域平均值。

1.2 樣品采集處理與測試方法

使用抓斗式采泥器采集沉積物樣品，用木勺取（0～5）cm表層沉積物樣約500 g，裝聚乙烯袋密封，在冰箱中冷藏運輸。樣品在實驗室室溫條件下自然風干，經研碎、過80目篩、裝袋備測。Pb、Zn、Cd采用火焰原子吸收分光光度法測試，Hg采用原子熒光法測試［5］。

1.3 評價方法

1.3.1 標準指數法

采用標準指數法［6］評價北部灣油田沉積物重金屬的質量等級，計算公式為：Qi＝Ci／Cs。式中Qi為沉積物中重金屬標準指數，Ci為重金屬濃度，Cs為重金屬評價標準值，本文采用第一類沉積物質量標準值［7］。

1.3.2 富集系數法

采用富集系數［8-9］評價沉積物中各重金屬的富集程度，計算公式為：Cf＝Ci／Cn。式中Cf為某種重金屬的富集系數，Ci為重金屬濃度，Cn為重金屬的背景值。背景值采用工業化以前沉積物中重金屬的全球最高值［10］，具體見表1。Hakanson用Cf評價單個重金屬的污染程度［11］，Cf＜1為低污染，1≤Cf＜3為中污染，3≤Cf＜6為較高污染，Cf≥6為很高污染。

1.3.3 潛在生態危害指數法

瑞典科學家Hakanson提出用潛在生態危害指數評價重金屬污染［11］。潛在生態危害指數表征重金屬的毒性水平和生物對重金屬污染的敏感程度，揭示了重金屬對水生生態系統的危害。計算公式為：Er＝Tr×Cf，式中Er表示潛在生態危害指數，Cf為重金屬富集系數，Tr為重金屬毒性系數，重金屬毒性系數見表1。

表1 沉積物中重金屬背景值Cn及毒性系數Tr

根據潛在生態危害指數大小，重金屬污染程度分為5個等級：Er＜40為輕微生態危害，40≤Er＜80為中等生態危害，80≤Er＜160為強生態危害，160≤Er＜320為很強生態危害，Er≥320為極強生態危害。

2 結果與分析

2.1 重金屬現狀及變化規律

北部灣油田附近海域10年沉積物中重金屬歷年變化規律見圖1。

2013年監測表明，北部灣油田附近海域沉積物中Pb、Zn、Cd和Hg等重金屬含量較低，標準指數均小于1，符合第一類海洋沉積物質量標準［7］，總體處于良好狀態。

多年監測結果表明，Pb濃度變化于18.8×10－6～37.1×10－6kg／kg，含量不高，多年來呈小幅波動。Zn濃度變化于61.7×10－6～90.0×10－6kg／kg，含量不高，多年變化趨勢不明顯。Cd濃度變化于0.04× 10－6～0.20×10－6kg／kg，含量不高，但表現出一定上升趨勢，2011年以后上升速度較快。Hg濃度變化于0.013×10－6～0.048×10－6kg／kg，含量不高，除1996年含量明顯低于其他年份外，多年變化趨勢不明顯。

2.2 重金屬富集特征

歷年沉積物中重金屬富集系數變化規律見圖2。

2013年監測表明，4種重金屬富集程度由大到小依次為Pb＞Zn＞Cd＞Hg，Pb和Zn屬于中污染水平，Cd和Hg屬于低污染水平。

圖1 沉積物中各重金屬含量歷年變化

沉積物中各重金屬多年富集系數變化規律與濃度變化規律類似，Pb富集系數呈小幅度波動，Zn和Hg的富集系數變化不明顯，Cd富集系數呈現一定上升趨勢，特別是2011年后Cd富集系數上升明顯。多年監測結果表明，Pb和Zn富集系數均較大，明顯大于Cd和Hg，Pb和Zn富集系數大于1的比例分別為50%和20%。Cd和Hg的富集系數均小于1，在2011年后，Cd富集系數上升明顯。

圖2 沉積物中各重金屬富集系數歷年變化

2.3 重金屬潛在生態危害

根據圖2中各因子的富集系數Cf，代入重金屬潛在生態危害指數公式，得出Pb、Zn、Cd、Hg的潛在生態危害指數Er，多年來潛在生態危害指數變化規律見圖3。

圖3 沉積物中各重金屬生態危害指數歷年變化

2013年監測顯示，4種重金屬的潛在生態危害程度由重到輕排列為Cd＞Hg＞Pb＞Zn，與其富集程度排序并不一致，可能是因為某些重金屬元素富集程度較高，但具有親顆粒性，容易遷移進入沉積物中礦化埋藏，從而降低了對生物的毒性［12-13］。在評價沉積物中重金屬時，要把富集程度與生態危害加以結合，方能全面反映重金屬的污染狀況。

多年來，4種重金屬的生態危害指數均小于40，屬于輕微生態危害。2011年之后，Cd的生態危害指數增幅明顯。

2.4 與臨近海域沉積物重金屬比較分析

北部灣油田海域監測數據與北部灣北部近岸（廣西欽州灣［14］、廣西北海近岸［15］）、東部近岸（雷州半島西部和洋浦港［16］）和中部海島（潿洲島［2］）海域沉積物中重金屬的監測數據進行對比分析，詳見表2。

上述海域沉積物中重金屬含量均較低，除雷州半島西部近岸Hg含量顯著較高外，其他均符合第一類沉積物質量標準［7］，總體處于良好狀態。Pb含量方面，北部灣油田低于潿洲島海域，明顯高于其他近岸海域，濃度由高到低依次為潿洲島海域＞北部灣油田＞海南洋浦港近岸＞廣西北海近岸＞廣西欽州灣＞雷州半島西部近岸。Zn含量方面，北部灣油田與海南洋浦港近岸水平相當，處于較高水平，低于潿洲島海域，明顯高于其他近岸海域，濃度由高到低依次為潿洲島海域＞海南洋浦港近岸＞北部灣油田＞雷州半島西部近岸＞廣西北海近岸＞廣西欽州灣。Cd含量方面，北部灣油田處于較高水平，明顯高于其他海域，濃度由高到低依次為北部灣油田＞海南洋浦港近岸＞潿洲島海域／雷州半島西部近岸＞廣西北海近岸＞廣西欽州灣。Hg含量方面，北部灣油田處于中等水平，低于雷州半島西部近岸和潿洲島海域，高于其他海域，濃度由高到低依次為雷州半島西部近岸＞潿洲島海域＞北部灣油田＞廣西欽州灣＞廣西北海近岸＞海南洋浦港近岸。

表2 鄰近海域沉積物重金屬含量 1.0×10－6kg／kg

由此可知，北部灣油田海域沉積物中重金屬Cd含量明顯高于其他海域。

2.5 與其他油田沉積物重金屬比較分析

將北部灣油田海域監測數據與2013年文昌油田、番禺油田，2009年埕島油田海域［4］沉積物中重金屬的監測數據進行對比分析，詳見表3。

上述海域沉積物中重金屬含量均較低，符合第一類沉積物質量標準［7］，總體處于良好狀態。Pb含量方面，北部灣油田海域、番禺油田海域、埕島油田海域水平相當，明顯高于文昌油田海域。Zn含量方面，北部灣油田海域高于其他3個油田。Cd含量方面，北部灣油田海域、文昌油田海域、埕島油田海域水平相當，均高于番禺油田海域。Hg含量方面，埕島油田海域水平最高，北部灣油田海域次之，明顯高于文昌油田海域和番禺油田海域。

表3 其他油田沉積物重金屬含量 1.0×10－6kg／kg

由此可知，與國內其他海洋油田相比，北部灣油田海域沉積物中重金屬Zn含量處于較高水平。

3 結 論

◆北部灣油田海域沉積物中重金屬含量符合第一類沉積物質量標準，屬于輕微生態危害。

◆2013年北部灣油田沉積物重金屬富集程度由大到小為Pb＞Zn＞Cd＞Hg，Pb和Zn屬于中污染水平，Cd和Hg屬于低污染水平，2011年以后Cd富集系數上升明顯。

◆北部灣油田海域沉積物中重金屬屬于輕微生態危害，2013年，潛在生態危害程度由重到輕排列為Cd＞Hg＞Pb＞Zn，2011年后Cd的生態危害指數增幅明顯。

◆與臨近海域相比，北部灣油田海域沉積物中重金屬Cd含量處于較高水平；與國內其他海洋油田相比，北部灣油田海域沉積物中重金屬Zn含量處于較高水平。

［1］ 丘耀文，彥文，王肇鼎，等.大亞灣海水沉積物和生物體中重金屬分布及其生態危害［J］.熱帶海洋學報，2005，24（5）：69-76.

［2］ 孫元敏，陳彬，黃海萍，等.中國南亞熱帶海島海域沉積物重金屬污染及潛在生態危害［J］.中國環境科學，2011，31（1）：123-130.

［3］ 陳靜生，鄧寶山.環境地球化學［M］.北京：海洋出版社，1990.

［4］ 李永霞，鄭西來，孫娟.埕島油田海域重金屬含量分布與生態環境質量評價［J］.海洋環境科學，2012，31（2）：190-194.

［5］ GB 17378—2007海洋監測規范［S］.

［6］ GB／T 19485—2004海洋工程環境影響評價技術導則［S］.

［7］ GB 18668—2002海洋沉積物質量［S］.

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

［9］ 劉芳文，顏文，王文質，等.珠江口沉積物重金屬污染及其潛在生態危害評價［J］.海洋環境科學，2002，21（3）：34-38.

［10］周德山，張晴，宋向明，等.洪澤湖表層沉積物中重金屬的分布特征及潛在生態危害［J］.淮海工學院學報（自然科學版），2012，21（2）：39-43.

［11］Lars Hakanson.An Ecological Risk Index for Aquatic Pollution Control-A Sediment Ecological Approach［J］.Water Research，1980（14）：975-1000.

［12］騰德強，呂頌輝，郭福星，等.長江口及其鄰近海域表層沉積物中重金屬分布和潛在生態危害評價［J］.海洋地質與第四紀地質，2012，32（2）：11-19.

［13］張麗旭，蔣曉山，趙敏，等.長江口洋山海域表層沉積物重金屬的富集及其潛在生態風險評價［J］.長江流域資源與環境，2007，16（3）：351-356.

［14］黎清華，萬世明，李安春，等.廣西欽州灣-防城港潮間帶表層沉積物重金屬生態風險評價［J］.海洋科學進展，2012，30（1）：141-154.

［15］崔振昂，鄭志昌，林進清，等.廣西北海近岸海域沉積物中重金屬分布特征及生態風險評價［J］.安全與環境工程，2010，17（1）：31-35.

［16］陽杰，曹玲瓏，姜萬鈞，等.洋浦港近岸海域沉積物中重金屬含量分布特征及污染評價［J］.海洋湖沼通報，2012（4）：121-128.

1005-3158（2014）06-0014-04

2014-05-29）

（編輯 王薇）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.06.005

國家海洋局公益性行業科研專項（201005012）。

蘭圣迎，2002年畢業于中國海洋大學海洋管理專業，碩士，高級工程師，現在國家海洋局南海環境監測中心從事海洋環境監測與評價工作。通信地址：廣州市新港西路155號南海環境監測中心，510300