連云港南海域沉積物重金屬分布及其潛在生態風險評價

田慧娟，劉吉堂，呂海濱，張瑞

（1.江蘇省海洋資源開發研究院 海洋信息技術中心，江蘇 連云港 222001；2.淮海工學院 測繪工程學院，江蘇 連云港 222005；3.國家海洋局 連云港海洋環境監測站，江蘇 連云港 222042）

隨著海洋資源開發利用活動日趨頻繁和深入，以及各種工農業和生活污水排放，產生了一系列海洋環境污染問題［1－4］，如富營養化、有機物污染、重金屬污染等.其中重金屬作為重要污染物之一，有來源廣、易蓄積、不易發現、難于恢復等特征，對海洋環境造成污染［5］，對水生生物易造成生態危害［6］，對人體健康有較大的負面影響［7］，蓄積在沉積物中的重金屬在一定條件下易釋放造成二次污染［8］，因此，對海洋沉積物重金屬污染調查與評價是非常重要的工作.作為國際沉積物重金屬評價方法之一——“潛在生態風險評價法”，它結合環境化學、生物毒理學方面內容，以定量的方法計算重金屬潛在危害指數并劃分危害等級，是目前此類研究中應用較為廣泛的一種評價方法［9］.如張麗旭等［10］對東海3 個傾倒區，劉孟蘭等［11］對南海重點區域，張亮等［12］對嵐山港附近海洋進行了表層沉積物重金屬污染特征及潛在生態風險評價的研究.關于連云港不同功能區沉積物重金屬對比以及其潛在生態風險評價鮮有報道，并且從不同功能海區進行評價與對比，更具現實指導意義.

根據海洋資源開發功能不同，連云港海域劃分出河口區、海水增養殖區和海洋傾倒區3個重點功能區；其中河口區平均每年接納400 400萬m3污水，傾倒區自使用以來共接納約170萬m3海洋疏浚物，這些污水和疏浚物中攜帶大量重金屬污染物［13］，這3個功能區為重點監測區.本研究于2013年3月份和10月份對連云港海域表層沉積物重金屬含量進行調查分析，并采用沉積物重金屬潛在生態風險指數評價法進行評價，以期進一步為連云港海域環境質量評價和生態環境保護提供科學依據.

1 材料與方法

1.1 樣品采集

本次調查范圍為119°43′～119°59′E，34°28′～34°38′N，共設11個站，河口區布設S01－S03站位，養殖區為S04－S08，傾倒區為S09－S11，見圖1.分別于2013年3月份（枯水期）、10月份（豐水期）采集各站位表層沉積物樣品，其中測定Cu，Zn，Pb，As，Cd的樣品放入干凈的聚乙烯袋中，扎緊保存；測定Hg的樣品盛入500 mL磨口瓶中，密封保存.沉積物樣品的儲存與運輸嚴格按照GB17378.3—2007［14］的相關規定執行.

1.2 分析方法

沉積物樣品置于烘干箱內105℃（Hg樣品40℃）恒溫烘干，并用瑪瑙研缽研磨后過160目（孔徑為96μm）篩供分析備用.Cu，Zn，Pb，Cd用原子吸收法測定，As，Hg用原子熒光法測定，具體方法參見文獻［15］.

1.3 潛在生態風險評價法

采用瑞典學者Hakanson提出的潛在生態風險指數法［16］，從重金屬的生物毒性角度對沉積物重金屬元素進行評價.該方法中，單個重金屬的污染指數和單個重金屬的潛在生態風險指數計算公式分別為

式中：Cis為表層沉積物第i種重金屬含量實測值為第i種重金屬的背景參比值.為增強與其他評價結果的可比性，本文重金屬背景值選用國際上常用的工業化以前沉積物重金屬的高背景值，見表1.Tir為第i 種重金屬的毒性系數（表1），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.

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

表1 沉積物重金屬的背景參照值和毒性系數Tab.1 Background reference valuesand toxicity coefficientsof heavy metal in sediments

表1 沉積物重金屬的背景參照值和毒性系數Tab.1 Background reference valuesand toxicity coefficientsof heavy metal in sediments

重金屬 Cin／（mg·kg－1） Tir 重金屬 Cin／（mg·kg－1） Tir Cu 30 5 As 15 10 Zn 80 1 Cd 0.5 30 Pb 25 5 Hg 0.2 40

2 結果與討論

2.1 重金屬含量單一因子評價

以國家海洋沉積物質量第1類標準為評價標準［18］（表2），對圖2中3月份和10月份沉積物重金屬含量進行評價.評價結果為：11個站位6種重金屬監測數據全部符合國家海洋沉積物質量第1類標準，表明沉積物質量狀況良好，該海域未受到重金屬的污染.

表2 國家海洋沉積物重金屬質量標準Tab.2 Heavy metals of marine sediment quality by national standard

2.2 重金屬分布特征

2.2.1 空間上分布特征

圖2黑色柱狀圖顯示了3月份11站位的表層沉積物重金屬分布情況.Cu，Zn，Pb，As，Cd，Hg 6種重金屬質量分數最高值分別為35.2，81.1，15.4，17.7，0.230，0.112mg／kg，均出現在河口區的S01站位，即靠近河口沿岸的站位，該海域受河口污水和附近燕尾港區排污的雙重影響［19］，沉積物重金屬含量較高；同時6種重金屬從S01到S02再到S03均有依次降低的規律，說明重金屬含量分布受擴散作用由近岸向外海逐漸降低［20］；河 口 區Cu，Zn，Pb，As，Cd，Hg 質 量 分 數 均 值 依 次 為20.43，63.23，10.09，15.47，0.142，0.053mg／kg.傾倒區除Hg外其他5 種重金屬含量低于河口區而高于養殖區，且該海域含量分布均為S11＞S10＞S09，傾倒區中心點S11重金屬含量最高，S10，S09距離傾倒區中心依次向外，含量依次降低，重金屬含量分布與距離傾倒區中心遠近有直接關系，證明傾倒物對附近海域是有一定影響的，疏浚物的傾倒是該海區重金屬污染的主要來源.養殖區各站位重金屬含量較低且較為相近，該區距河口區、傾倒區在空間上有一定距離，這反映出該區受外部干擾較少，沉積物重金屬含量波動較小；養殖區Cu，Zn，Pb，As，Cd，Hg質量分數均值依次為7.61，39.10，7.29，8.40，0.066，0.019mg／kg.總體來看，6種重金屬含量在空間分布上有明顯共同規律，即為河口區＞傾倒區＞養殖區.

圖2 3，10月份11個站位表層沉積物重金屬含量柱狀圖及各區均值折線圖Fig.2 Histogram and mean value line chart of heavy metals content in surface sediment at 11sites and survey areas in March and October

圖2灰色柱狀圖顯示為10月份表層沉積物重金屬分布情況.Cu，Zn，Pb，As 4種重金屬在傾倒區中心站位S11含量最高，質量分數分別為24.47，81.37，16.30，17.38mg／kg；該4種重金屬在傾倒區的質量分數均值分別是19.34，68.64，14.91，14.01mg／kg.Cu，Zn，Pb，As含量由3月份河口區高于傾倒區到10月份轉變為傾倒區高于河口區，一方面原因可能與8，9月份向傾倒區集中傾倒有關，另一重要原因是經歷雨水充沛的豐水期，河口附近海域表層沉積物重金屬被稀釋擴散而降低.Cu，Zn，Pb，As質量分數在養殖區均值分別為6.39，36.26，7.25，8.14mg／kg.Cu，Zn，Pb，As 4種重金屬分布規律一致，即為傾倒區＞河口區＞養殖區.10月份各站位沉積物中Cd含量均較低且分布較為均勻；Hg以河口區近岸S01站位表層沉積物為最高，含量分布與3月份相同，3月份和10月份數據顯示傾倒區Hg含量一直較低，可能傾倒物中Hg含量較低或與Hg自身化學遷移轉換有關［21］.

2.2.2 時間上分布特征

從時間對比看，10月份河口區、養殖區多數站位重金屬含量（灰色柱）較3月份（黑色柱）有不同程度降低（圖2）.河口區降幅較大，其中S01站位Cd，Pb，Cu含量的降幅分別為65%，45%和43%，隨季節變化較大.該區重金屬降低主要是由于豐沛的水量使得河口區表層沉積物稀釋擴散所致，環境改變使重金屬解析也可能是原因之一［22］.10月份傾倒區Cu，Pb，Zn，As含量明顯比3月份增加，這與近期傾倒疏浚物有關［23］.

2.3 重金屬潛在生態風險評價

依據重金屬潛在生態風險指數可將沉積物中重金屬污染狀況劃分為5個等級［16］；重金屬的潛在生態風險指數與污染程度的具體關系見表3.經計算得出3月份和10月份各站位沉積物重金屬潛在生態風險指數，列于表4和表5.

表3 重金屬潛在生態風險指數（Eir）與污染程度的關系Tab.3 Relationship between the potential ecological risk coefficients（Eir）of heavy metals and pollution level

從表4和表5計算結果來看，3月份和10月份河口區、傾倒區、養殖區11 個站位表層沉積物中重金屬的潛在生態風險指數均小于40，這表明該調查海域表層沉積物重金屬對海洋生態系統的潛在危害風險較低.3月份和10月份沉積物重金屬對該海域生態潛在危害的影響程度分別為Hg＞Cd＞As＞Cu＞Pb＞Zn和Hg＞As＞Cd＞Cu＞Pb＞Zn.表明對該海域生態潛在危害影響相對較大的是Hg，Cd，As 3種重金屬，需重點關注；而Cu，Pb，Zn的潛在生態危害較小.

從空間差異上看，3月份，河口區站位S01各重金屬的潛在生態危害程度明顯高于其他站位，這與重金屬含量分布分析的結果相一致；10月份，傾倒區重金屬的潛在生態風險指數高于其他二區.重金屬潛在生態風險指數在3月份和10月份的低值多出現在養殖區，表明養殖區潛在生態危害最低，這對該區海洋養殖提供了重要參考.

從時間上比較，3月份Cu，Cd，As，Hg重金屬生態風險指數均值高于10月份的均值，Zn，Pb均值略低于10月份.

表4 3月份各站位沉積物重金屬的潛在生態風險指數（Eir）Tab.4 Potential ecological risk coefficients（Eir）of heavy metals in sediments from sites in March

表5 10月份各站位沉積物重金屬的潛在生態風險指數（Eir）Tab.5 Potential ecological risk coefficients（Eir）of heavy metals in sediments from sites in October

與鄰近中國海域相比，連云港南海域沉積物重金屬潛在生態風險指數不高，相比之下連云港沉積物重金屬整體潛在生態風險較低（表6）.與國外海域研究相比，連云港海域Cu，Zn，As潛在生態風險指數略高于伊朗里海東南海域而略低于瑞典奧斯卡港海域；紅海靠近埃及近岸海域及韓國蔚山灣近岸海域各重金屬生態風險均高于連云港，尤其蔚山灣近岸海域各重金屬的生態風險指數遠遠高于連云港及表中其他海域，與該海灣接納當地工業污水密切相關.

表6 連云港3，10月份沉積物重金屬的潛在生態風險指數（Eir）與其他海域對比Tab.6 Contrast of the potential ecological risk coefficients（Eir）of heavy metals in sediments with other sea areas

3 結論

1）調查海域沉積物中Cu，Zn，Pb，As，Cd，Hg 6種重金屬含量全部符合國家海洋沉積物質量第1類標準，表明沉積物質量狀況良好，該海域未受到重金屬的污染.

2）沉積物重金屬空間分布：3月份，重金屬Cu，Zn，Pb，As，Cd，Hg的含量分布有明顯共同規律，總體趨勢為河口區＞傾倒區＞養殖區；10月份，Cu，Zn，Pb，As的站位分布規律一致，即傾倒區＞河口區＞養殖區，河口區重金屬含量有明顯下降.重金屬含量時間對比表明：10月份河口區、養殖區多數站位重金屬含量較3月份有不同程度降低，而傾倒區Cu，Pb，Zn，As含量明顯比3月份增加.

3）重金屬潛在生態風險評價表明：調查區域內重金屬的潛在生態風險指數均小于40，表明該海域表層沉積物重金屬對海洋生態系統的潛在危害風險較低.養殖區潛在生態危害最低，這對該區海水養殖提供了重要參考.3月份和10月份沉積物重金屬對海洋生態系統潛在危害的影響程度為Hg＞Cd＞As＞Cu＞Pb＞Zn和Hg＞As＞Cd＞Cu＞Pb＞Zn.

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