北戴河及相鄰海域沉積物重金屬潛在生態危害評價

李欣陽，張永豐，范子初，張 勇

(1．秦皇島海洋環境監測中心站，河北秦皇島066002;2．河北省海洋環境監測中心，河北秦皇島066002)

北戴河位于河北省東北部，隸屬秦皇島市，東北與秦皇島市海港區毗鄰，西部、西北部與撫寧縣接壤，南鄰渤海。北戴河碧海藍天、沙灘連綿，山島竦峙，歷史悠久，政治文化內涵豐富，建國以后成為“共和國的夏都”，以氣候宜人，沙軟潮平，自然環境優美而馳名中外，是我國開發最早的濱海度假區，是河北乃至中國的名片。然而，隨著區域經濟的快速發展，北戴河海域環境承受的壓力也愈來愈大，由人類社會、經濟活動引發的生態環境惡化問題也日益凸顯出來。大量的城市生活污水和工業污染物排入水體，排入海中的重金屬被賦存于近海沉積體系中，其危害比常規污染物更為嚴重，當水體環境條件發生變化時，沉積物中的重金屬向上覆水體重新釋放，造成對水體的二次污染。目前，對渤海沉積物重金屬風險評價有一些成果［1～2］，但針對北戴河及其相鄰周邊海域長時間、大范圍的沉積物重金屬污染的調查評估幾乎沒有，本文通過2011年和2012年對北戴及其相鄰近岸海域不同區域沉積物中重金屬的含量分布進行分析研究，并根據瑞典學者H kanson［3］提出的生態危害指數法對沉積環境中重金屬的潛在危害程度進行評價。本研究的目的是進一步了解海域的重金屬污染情況，為北戴河濱海旅游及養殖環境質量評價與生態環境保護提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析方法

調查海域北起山海關冀遼海域界線南至灤河口，總面積約1300km2，共布設46個站位，具體站位分布見圖1。其中秦皇島市山海關區近岸海域6個站位 (41～46)、海港區近岸海域8個站位(34～40)、北戴河近岸海域8個站位 (25～33)、撫寧縣近岸海域8個站位 (17～24)、昌黎縣近岸海域16個站位 (1～16)。分別于2011年和2012年春季 (5月)、夏季 (8月)和秋季 (10月～11月)在各站位采集沉積物樣品。樣品采集按照《海洋監測規范》第3部分:樣品采集、貯存和運輸的方法進行。沉積物分析樣品的制備、消化按《海洋監測規范》第5部分:沉積物分析的方法進行［4］，并同時消化沉積物標準樣品 (GBW07314)和消化空白。樣品Cu、Pb、Cd用無火焰原子吸收分光光度法測定，Zn用火焰原子吸收分光光度法測定，分析儀器為原子吸收分光光度計 (島津AA6800)。

1.2 生態環境質量評價方法

1.2.1 單因子污染指數法

沉積物評價可采用單因子污染指數法進行評價，污染程度隨實測濃度增大而加重。公式為:

式中:Pi—某污染因子的污染指數，即單因子污染指數;Ci—某污染因子的實測濃度;Cio—某污染因子的評價標準。

凡是單因子指數≤1者，為該監測站位沒有遭受該要素的污染，＞1者為遭受污染，該值越大污染越重。

1.2.2 沉積物重金屬的潛在生態危害評價方法［3］

單個重金屬的污染程度可用第i種重金屬的污染系數來表征，其公式為:

Ci—某種重金屬的實測濃度;

m種重金屬總污染系數:2m為中度污染;2m≤Cd＜4m為重度污染;Cd＞4m為高度污染。

參照H kanson提出的生態危害指數法對沉積環境的生態危害程度進行評價。生態危害系數和生態危害指數式分別為:

其判定標準為:Cd＜m為低度污染;m≤Cd＜

表1 、RI與污染程度的關系

表1 、RI與污染程度的關系

指數類型 所處范圍 污染程度 指數類型 所處范圍 污染程度Ei r＜40輕微的生態危害150≤RI＜300 中等的生態危害300≤RI＜600 強的生態危害RI≥600輕微的生態危害40≤Eir＜80 中等的生態危害80≤Eir＜160 強的生態危害160≤Ei r＜320 很強的生態危害Ei r≥320 RI＜150潛在生態危害系數潛在生態危害指數很強的生態危害極強的生態危害

2 調查結果

北戴河及相鄰近岸海域沉積物重金屬的含量分布見表2。總體上，整個近岸海域沉積物中重金屬的含量有從撫寧近岸向兩側逐漸升高的趨勢。其中，山海關近岸海域和海港區近岸海域站位的沉積物各項重金屬含量明顯高于其他區域;北戴河近岸海域各站位沉積物各項重金屬含量又略高于撫寧縣和昌黎縣近岸海域。除了2011年Cd含量海港區近岸最高之外，Cu、Pb、Cd、Zn的年平均含量分布均是山海關近岸＞海港區近岸＞北戴河近岸＞昌黎近岸＞撫寧近岸。這種沉積物中重金屬分布情況可能與海港區和山海關工業較多，人口較多，工業廢水和生活污水大量排海之后重金屬元素常年沉積有關。從調查結果可看出，不同季節各站位重金屬含量也略有差異，但差別不大，且沒有統一的季節變化規律。

表2 北戴河及相鄰近岸海域各區域沉積物重金屬含量分布結果 (10－6)

3 結果評價

3.1 單因子污染指數法

根據秦皇島海域海洋功能區劃，本次調查沉積物統一采用《海洋沉積物質量》［5］中的第一類標準進行評價。各區域單因子污染指數見表3。

表3 北戴河及相鄰近岸海域各區域沉積物重金屬單因子污染指數

由表3可見，各站位各項重金屬污染指數均＜1，滿足海域功能的要求，所有監測的重金屬要素含量均未超標，優于一類海洋沉積物質量國家標準的要求。海域沉積物質量狀況良好。

3.2 沉積物重金屬的潛在生態危害評價

根據調查結果，采用各站位沉積物重金屬年均含量進行計算，Cu、Pb、Cd、Zn的參照值采用《渤海沉積物中重金屬分布及環境背景值》的監測資料［6］，得到各區域重金屬元素的單一生態危害指數和綜合生態危害指數情況見表4。本次調查針對的重金屬元素有銅、鉛、鎘、鋅四種元素，C ＜4為低度污染;4≤C ＜8為中度污染;8≤C ＜16為重度污染;C ＞16為高度污染。由此可得，北戴河及相鄰近岸海域不同區域各站位沉積物重金屬污染情況如圖2所示。撫寧近岸海域各站位全部屬于低度污染;昌黎縣近岸海域近兩年分別有81.2%和93.8%的站位滿足低度污染，其他站位為中度污染;北戴河近岸海域近兩年分別有22.2%和55.6%站位是低度污染，其他為中度污染;山海關近岸海域則僅2011年有16.7%站位屬于低度污染，其他均為中度污染;海港區近岸海域重金屬污染相對最嚴重，兩年監測中全部站位都是中度污染。綜合生態危害指數評價結論與單一生態危害指數評價結論相符。海港區近岸海域重金屬污染相對較嚴重，之后依次是山海關近岸海域、北戴河近岸海域、昌黎近岸海域和撫寧近岸海域。

表4 秦皇島近岸海域沉積物重金屬生態風險指數

根據調查結果，采用各站位沉積物重金屬年均含量進行計算，Cu、Pb、Cd、Zn的參照值采用《渤海沉積物中重金屬分布及環境背景值》的監測資料;金屬毒性系數采用H kanson模型中的給定系數，根據金屬的主要危害途徑是水→沉積物→生物→人體，提出7種金屬元素的毒性水平順序為Hg＞Cd＞As＞Pb=Cu＞Cr＞Zn，對毒性系數做規范化處理之后，定值為Cd=30、Pb=Cu=5、Zn=1，得到各區域沉積物中重金屬元素潛在的生態風險指數，如表5所示。

表5 北戴河及相鄰近岸海域沉積物重金屬潛在生態危害系數與潛在生態危害指數

由表4可知，除了海港區近岸、山海關近岸和北戴河近岸部分站位的鎘的潛在生態危害系數＞40，屬于中等生態危害以外，其他各元素各站位的潛在生態危害系數均＜40，屬于輕微生態危害。總體上看，整個海域各站位沉積物重金屬潛在生態危害指數均＜150，屬于輕微生態危害。

4 結論

通過對北戴河及相鄰近岸海域5個區域46個站位的表層沉積物重金屬含量的調查評價，得出山海關近岸海域和海港區近岸海域站位的沉積物各項重金屬含量明顯高于其他區域，北戴河近岸海域各站位沉積物各項重金屬含量又略高于撫寧縣和昌黎縣近岸海域。整個近岸海域沉積物中重金屬的含量有從撫寧近岸向兩側逐漸升高的趨勢。各站位各項重金屬污染指數均＜1，滿足海域功能的要求，所有監測的重金屬要素含量均未超出一類海洋沉積物標準。根據多元生態危害的評價，有43.5%的站位為中度污染，其他為輕度污染，其中海港區近岸海域重金屬污染相對較嚴重，之后依次是山海關近岸海域、北戴河近岸海域、昌黎近岸海域和撫寧近岸海域。沉積物重金屬潛在生態危害的評價結果表明，整個海域各站位沉積物重金屬潛在生態危害指數均＜150，屬于輕微生態危害。

［1］陳江麟，劉文新，劉書臻，等．渤海表層沉積物重金屬污染評價 ［J］．海洋科學，2004，28(12):16－21．

［2］張雷，秦延文，鄭丙輝，等．環境科學學報 ［J］．2011，31(8):1676－1684．

［3］ H K ANSON L．An ecological risk index for aquatic pollution control，A sedimentological approach［J］．Water Res，1980，(14):975－1001．

［4］GB 17378－2007，海洋監測規范 ［S］．

［5］GB 18668－2002，海洋沉積物質量 ［S］．

［6］李淑媛，劉國賢，苗豐民．渤海沉積物中重金屬分布及環境背景值 ［J］．中國環境科學，1994，14(3):370－376．