東寨港紅樹林沉積物重金屬的垂向分異及污染評價

鄒燁燔+李勇+趙志忠+季一諾+吳丹

摘要：采用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）測定東寨港紅樹林15個表層沉積物樣點中8種重金屬元素（Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb）的濃度，分析重金屬元素的垂向分異規律及近幾年東寨港紅樹林沉積物的重金屬含量變化情況，并應用地質累積指數法對該區重金屬的污染程度進行評價。結果表明：東寨港表層沉積物中8種重金屬濃度由高到低依次是Cr>Zn>Ni>Cu>Pb>Co>As>Cd；隨著沉積物深度增加，Cu、Zn、As、Pb的濃度逐漸減小，Cr的表層濃度略低于中層和下層，Ni、Cd的中層濃度略高于上層和下層。地質累積指數評價結果表明，QT-1-01、QT-1-02、QT-2、GN-1、GN-2、GN-3這6個采樣點污染程度較嚴重，產生污染的重金屬是Cd和As，污染程度分別為偏重度和輕度-偏中度污染。

關鍵詞：重金屬；紅樹林；沉積物；垂向分異；地質累積指數

中圖分類號：X825 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0327-04

紅樹林是生長發育于熱帶及亞熱帶海岸潮間帶、受周期性潮水淹浸、由常綠喬木灌木組成的、具有抗鹽性潮灘濕地木本植物群落^[1-2]。它蘊含豐富的生物資源，具有重要的生態服務功能，可為林區微生物、動物提供食物、營養、保育棲息環境，支撐河口的重要食物鏈^[1]。除此之外，紅樹林還具有防風防浪、保護和塑造海岸地貌沉積環境、凈化水質等功能^[3-4]，是地球上生產力最高、生物多樣性最豐富、最具價值的濕地生態系統之一^[5]。紅樹林沉積物主要由黏土礦物、活性金屬氧化物、有機質組成，這種沉積物顆粒因其巨大的比表面積，使之比一般潮灘更易吸附具有生物毒性的重金屬元素，成為水體各種污染的源和匯^[6]。由于這種賦存并不是單向不變的，當水體環境改變或在生物作用下，沉積物中的重金屬元素極有可能被再次釋放到水體中，造成二次污染^[7]。因此，對紅樹林沉積物重金屬地球化學特征的研究，可為紅樹林重金屬污染的綜合治理提供理論依據和方法指導，為紅樹林生態系統的管理、保護和恢復提供參考資料。

1 材料與方法

1.1 研究區域

海南島東寨港紅樹林位于瓊州海岸南岸、海口市瓊山區東北部，東經110°32′～110°37′、北緯19°51′～20°01′^[8]，處于由近代地震沉陷而形成的近南北向溺谷灣^[8]。本區北端北港島兩側有潮汐與瓊州海峽相連，研究區內大量沉積物來源于此^[9]。海岸線曲折多灣，瀉湖灘面平緩。紅樹林分布于整個海岸淺灘，共有紅樹16科32種。紅樹林外圍邊緣種類為白骨壤，往里以紅海欖為主^[10]，覆蓋率達80%。東寨港紅樹林沉積物中重金屬的來源主要包括生活污水排放、自然徑流、來往船只漏油、農藥及養殖業飼料幾個方面，這些重金屬污染物極易積淀于紅樹林沉積物中，對整個生態系統都具有影響^[11]。

近年來，東寨港紅樹林沉積物的研究已成為熱點，一些研究者對沉積物元素的水平分布、遷移規律，賦存形態、相關性等進行研究和探討，但這些研究成果缺乏對東寨港紅樹林重金屬元素的垂向分異規律、近年來東寨港紅樹林重金屬含量變化的對比研究。本研究通過探討東寨港紅樹林15個采樣點中不同深度（0～60 cm）的Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb等8種重金屬元素含量的分布特征，揭示了東寨港紅樹林重金屬元素的垂向變化規律和近年來東寨港紅樹林重金屬含量變化的對比情況，并采用地質累積指數法評價其污染程度，分析人類活動對該區生態環境的影響。

1.2 樣品采集

樣品采集時間為2013年8月，共15個采樣點，每個采樣點分表層（0～5 cm）、中層（30 cm）、深層（60 cm）3層共計45個樣品。樣品采集后，放入潔凈自封袋封存。所有樣品均經自然風干、動物殘體及礫石剔除、碾磨、過篩（200目）等步驟的處理后，裝入潔凈自封袋以備分析使用。本次分析使用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）進行重金屬測定，全部分析由海南師范大學地理與旅游學院實驗室完成。

2 結果與分析

2.1 東寨港表層沉積物中重金屬元素的分布規律

沉積物中的表層重金屬含量可判斷研究區受污染狀況及程度，而重金屬存在的水平差異可追溯其污染源^[12]，在某種程度上可真實反映一個地區的環境質量優劣。表1顯示的是東寨港表層沉積物中8種重金屬Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb的含量范圍。為了真實反映東寨港沉積物中重金屬元素的分布特征，特選定海南水系沉積物背景值和瓊東北土壤背景值^[13]進行計算比較。其余14個采樣點地質累積指數小于0，污染分級為無污染；Pb在15個采樣點地質累積指數均小于0，該重金屬元素未達到污染程度。總體來說，QT-1-01、QT-1-02、QT-2、GN-1、GN-2、GN-3 等6個采樣點中的8種重金屬元素的地質累積指數普遍高于其余9個采樣點。產生污染的主要重金屬元素是Cd、As。Cd、As分別被認為是毒性最強和潛在毒性較強的重金屬元素，其濃度高低與人類活動密切相關^[19]。這6個采樣點地勢低，不易與外界交換，且顆粒為淤泥質，吸附力強，多處于排污溝附近或人口密集區接受重金屬量大，更易受農業、養殖業生產和開發活動的影響。

3 結論

東寨港表層沉積物中8種重金屬濃度由高到低依次是Cr>Zn>Ni>Cu>Pb>Co>As>Cd，且研究區內沉積物中8種重金屬在不同深度的平均濃度均大于海南水體沉積物背景值。Cu、Zn、As、Pb的濃度隨深度的增加而減小，體現了沉積物表層富集的規律。Cr在沉積物表層的平均濃度整體略低于中層和下層，說明表層沉積物受淋溶作用影響較大，重金屬元素相對在下層富集；Ni、Cd在中層的濃度略高于上層和下層。endprint

近幾年研究區沉積物重金屬濃度從低到高依次是2009年<2011年<2013年。用地質累積指數法評價東寨港紅樹林沉積物產生污染的重金屬是Cd和As，其中Cd的污染程度大于As。QT-1-01、QT-1-02、QT-2、GN-1、GN-2、GN-3 等6個采樣點的8種重金屬元素的地質累積指數普遍高于其余9個采樣點，這是因為這6個采樣點相對于其他采樣點更易受到人為原因污染的影響。

參考文獻：

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近幾年研究區沉積物重金屬濃度從低到高依次是2009年<2011年<2013年。用地質累積指數法評價東寨港紅樹林沉積物產生污染的重金屬是Cd和As，其中Cd的污染程度大于As。QT-1-01、QT-1-02、QT-2、GN-1、GN-2、GN-3 等6個采樣點的8種重金屬元素的地質累積指數普遍高于其余9個采樣點，這是因為這6個采樣點相對于其他采樣點更易受到人為原因污染的影響。

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近幾年研究區沉積物重金屬濃度從低到高依次是2009年<2011年<2013年。用地質累積指數法評價東寨港紅樹林沉積物產生污染的重金屬是Cd和As，其中Cd的污染程度大于As。QT-1-01、QT-1-02、QT-2、GN-1、GN-2、GN-3 等6個采樣點的8種重金屬元素的地質累積指數普遍高于其余9個采樣點，這是因為這6個采樣點相對于其他采樣點更易受到人為原因污染的影響。

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