蒼南沿浦灣海域表層沉積物重金屬風險評價與來源分析

陳星星，柯愛英，曾國權，陸榮茂，薛 峰，黃振華

（浙江省海洋水產養(yǎng)殖研究所浙江省近岸水域生物資源開發(fā)與保護重點實驗室，浙江溫州 325005）

文獻著錄格式：陳星星，柯愛英，曾國權，等.蒼南沿浦灣海域表層沉積物重金屬風險評價與來源分析［J］.浙江農業(yè)科學，2016，57 （3）：406-409.

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蒼南沿浦灣海域表層沉積物重金屬風險評價與來源分析

陳星星，柯愛英，曾國權，陸榮茂，薛 峰，黃振華*

（浙江省海洋水產養(yǎng)殖研究所浙江省近岸水域生物資源開發(fā)與保護重點實驗室，浙江溫州 325005）

文獻著錄格式：陳星星，柯愛英，曾國權，等.蒼南沿浦灣海域表層沉積物重金屬風險評價與來源分析［J］.浙江農業(yè)科學，2016，57 （3）：406-409.

摘 要：通過測定蒼南沿浦灣海域表層沉積物中重金屬的含量，采用地累積指數I(geo)和沉積物污染指數（SPI）評價了沉積物重金屬的累積程度和生態(tài)潛在風險，并運用主成分分析和相關方法對重金屬來源進行分析。結果表明，沉積物Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg和As的含量分別為25.77～41.23，26.92～40.91，0.039～0.087，79.9～110.28，62.74～106.36，0.074～0.089和10.24～14.73 mg·kg(-1)。沿浦灣海域沉積物重金屬生態(tài)風險較低，SPI值1.15～1.46，總體上處于自然狀態(tài)。站位點海域污染順序呈現出近岸高、遠岸低，灣內高、灣外低的變化趨勢。沉積物中的重金屬主要來自過往船只與生活污染。

關鍵詞：沉積物；重金屬；風險評價；變化趨勢；來源分析

重金屬在大氣、水體、土壤、生物體中廣泛分布，底泥往往是重金屬的儲存庫和最后的歸宿。重金屬不能被生物降解，且具有生物累積性。底泥中的重金屬若長期累積，將對海洋漁業(yè)養(yǎng)殖產生嚴重危害，引發(fā)經濟損失。本研究基于2014年10月在蒼南沿浦灣海域采集的表層沉積物，采用主成分分析法解析了7種重金屬（Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As）可能的污染源，并對其污染程度及潛在生態(tài)風險進行評價，以期為蒼南沿浦灣海域重金屬污染防治和生態(tài)環(huán)境保護提供依據。

1　材料與方法

1.1儀器與試劑

原子吸收光譜儀AA-240FS（美國瓦里安公司）；原子熒光光譜儀AFS9800（北京海光儀器公司）；ETHOS1微波消解儀（意大利麥爾斯通公司）。濃硝酸和濃鹽酸均為優(yōu)級純，國藥集團化學試劑有限公司；Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As標準儲備液，1 000 mg·L-1，上海安譜科學儀器有限公司；去離子水。

1.2樣品采集

沉積物樣品于2014年10月采集自蒼南沿浦灣海域，樣品數量9個。采樣站位分布如圖1所示。利用抓斗式采泥器采集表層沉積物（0～10 cm），用聚丙烯塑料勺取足夠的沉積物于聚丙烯塑料袋中，采回的底泥樣品在通風干燥處自然風干，再用研缽磨碎，過160目（0.094 mm）篩，用樣品袋封存?zhèn)錅y。處理方法均參照GB 17378.3—2007海洋監(jiān)測規(guī)范第3部分中的相關規(guī)定執(zhí)行。

圖1　采樣站的地理位置

1.3試驗方法

對采集的表層沉積物樣品，參照GB17378.5—2007規(guī)定的火焰原子吸收分光光度法分別測定Cu，Pb，Zn含量；參照GB 17378.5—2007，采用無火焰原子吸收分光光度法測定Cd含量，采用原子熒光法測定Hg，As含量；參照HJ 491—2009，采用無火焰原子吸收分光光度法測定Cr含量。Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As的檢出限分別為2.0，3.0，0.04，6.00，2.00，0.002和0.06 mg·kg-1。

1.4沉積物評價和分析

采用Mu11er提出的地累積指數Igeo評價單個重金屬的累積污染程度［1］。計算公式：

式中，Cn是某元素在沉積物中的質量分數，Bn為浙江近岸海域沉積物背景值。

根據地累積指數Igeo的數值大小，可將污染分為7級：0級（＜0），無污染；1級（0～1），輕度污染；2級（1～2），中度污染；3級（2～3），較重污染；4級（3～4），重污染；5級（4～5），超重污染；6級（5～6），極重污染。

根據丁喜桂［2］的研究，浙江近岸海域沉積物中Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As的背景值分別為21.51，29.04，0.104，83.61，66.15，0.040 7和8.66 mg·kg-1。采用沉積物污染指數法（SPI）對蒼南沿浦灣海域沉積物中重金屬的綜合潛在生態(tài)風險進行評價［3］。依據SPI值沉積物重金屬生態(tài)風險分級為自然狀態(tài)（0～2），低污染（2～5），中度污染（5～10），高度污染（10～20）和危險污染（＞20）。

1.5數據分析

本文中應用的相關分析和因子分析均在SPSS 19中進行。

2　結果與討論

2.1沉積物重金屬分布與評價

蒼南沿浦灣海域沉積物重金屬分布如圖2所示。各監(jiān)測點位沉積物中Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As的含量分別為25.77～41.23，26.92～40.91，0.039～0.087，79.9～110.28，62.74～106.36，0.074～0.089和10.24～14.73 mg·kg-1。Cu平均含量為35.14 mg·kg-1，大于浙江近岸海域沉積物背景值（21.51 mg·kg-1），最大值出現在站位點6，為背景值的1.92倍，存在一定程度的污染，超過海洋沉積物質量標準（GB 18668—2002）第1類的限量值（35.0 mg·kg-1），可能對漁業(yè)養(yǎng)殖產生危害。Pb平均含量為34.54 mg· kg-1，亦大于背景值（29.04 mg·kg-1），最大值也出現在站位點6，為背景值的1.41倍，可能對漁業(yè)養(yǎng)殖存在危害。Cd平均含量為0.073 mg· kg-1，低于背景值（0.104 mg·kg-1），最大值出現在站位點3，不超過海洋沉積物質量標準（GB 18668—2002）指標的第1類的限量值（0.50 mg· kg-1），表明蒼南沿浦灣海域沉積物未受到Cd污染的影響。Zn平均含量為100.72 mg·kg-1，大于背景值（83.61 mg·kg-1），最大值出現在站位點2，為背景值的1.32倍，可能對漁業(yè)養(yǎng)殖存在危害；Cr平均含量為79.54 mg·kg-1，大于背景值（66.15 mg·kg-1），最大值出現在站位點6，為背景值的1.61倍，可能對漁業(yè)養(yǎng)殖存在危害。Hg平均含量為0.080 mg·kg-1，大于背景值（0.0407 mg·kg-1）；Cr平均含量為12.52 mg·kg-1，大于背景值（8.66 mg·kg-1）；但兩者均未超過海洋沉積物質量標準（GB 18668—2002）指標的第1類的限量值。

圖2　蒼南沿浦灣沉積物重金屬含量分布

利用Igeo和SPI分別評價單個重金屬（表1）和沉積物整體（圖3）的污染風險。從表1可以看出，Cu在蒼南沿浦灣海域屬輕度污染，其中除了在站位點7的地累積指數＜0外，其他8個站位點的地累積指數均為0～1，屬輕度污染。各位點Pb，Cd的地累積指數均＜0，說明蒼南沿浦灣海域沉積物中Pb，Cd尚處于無污染狀態(tài)。Zn在蒼南沿浦灣海域總體上無污染，其中，僅站位點5的地累積指數為0.03，屬輕度污染；其他8個站位點的地累積指數均＜0，屬無污染。Cr在蒼南沿浦灣海域總體上也無污染，除站位點6為輕度污染外，其他8個站位點均無污染。Hg在蒼南沿浦灣海域屬輕度污染，9個站位點的地累積指數均為0～1，屬輕度污染。As在蒼南沿浦灣海域屬總體上無污染，但1，2，8和9站位點的地累積指數均屬輕度污染。

表1　各位點沉積物重金屬地累積指數

對重金屬毒性賦值、進行計算，得到蒼南沿浦灣海域沉積物的SPI值（圖3）。結果表明，各點位SPI值1.15～1.46，表明沿浦灣海域沉積物仍處于自然狀態(tài)，尚不構成生態(tài)風險。

圖3　蒼南沿浦灣沉積物污染指數評價

總體來看，9個站位點的沉積物均處于自然狀態(tài)。其中，1，2，8，9地區(qū)沉積物的主要污染因子為Cu，As和Hg，均屬于輕度污染狀態(tài)；3，4地區(qū)沉積物的主要污染因子為Cu，Hg，屬于輕度污染狀態(tài)；5地區(qū)沉積物的主要污染因子為Cu，Zn，Hg，屬于輕度污染狀態(tài)；6地區(qū)沉積物的主要污染因子為Cr，Cu，Hg，屬于輕度污染狀態(tài)；7地區(qū)沉積物的主要污染因子為Hg，屬于輕度污染狀態(tài)。蒼南沿浦灣各個站點間依SPI值排序如下：1＞6＞4＞3＞5＞2＞9＞8＞7，呈現近岸高、遠岸低，灣內高、灣外低的變化趨勢。究其原因，站位點1，6受陸源性河口輸入的影響，并且灣內水質交換周期相對灣外更長，因此，SPI值較高；9＞8 ＞7的結果也更能佐證前述“兩高兩低”的規(guī)律，3個站位點均位于灣外，但由于8和7比9要遠離近岸，受陸源影響相對較小，因此，其值要小于9。

3　重金屬來源分析

蒼南沿浦灣沉積物中的重金屬可能來源于海域停靠以及過往船只廢油、生活污水的排放，土壤自然風化和侵蝕等；也有可能來自于分散污染源排放的污染物，經過降水、沖刷、沉積等過程而積累下來；也有可能來源于人類活動，如農業(yè)面源污染、居民生活廢水。由沉積物重金屬相關性分析結果（表2）可知，Cr，Cu，Zn均與Pb具有顯著相關性，表明其來源可能相同。

表2　蒼南沿浦灣沉積物重金屬來源的相關性

表3　重金屬來源主成分分析結果

利用主成分分析對現有的重金屬污染進行來源分析（表3），結果顯示，蒼南沿浦灣海域表層沉積物中重金屬主要來自2個方面：第1方面是主要因素，貢獻率達52.78％；第2個方面的貢獻率達17.26％；兩者合計，約可以解釋70％的變異來源。成分1的特點表現為因子變量在Cr，Cu，Zn，Pb，Cd含量上有較高的正載荷。這主要是因為蒼南沿浦灣四面環(huán)山，基本上無工業(yè)，重金屬可能來源于該海域停靠以及過往船只的廢油，以及船上生活污水的排放，也極有可能來源于人類活動，如農業(yè)面源污染、居民生活廢水。成分2的貢獻率為17.26％，Hg的載荷較高，可以歸納為沉積物自身釋放的重金屬。

4　小結

蒼南沿浦灣海域沉積物Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As平均含量分別為35.14，34.54，0.073，100.72，79.54，0.080和12.52 mg·kg-1。Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As含量均符合海洋沉積物質量（GB 18668—2002）指標第1類限量值，56％站位的Cu含量和33％站位的Cr含量超過第1類海洋沉積物質量標準。

蒼南沿浦灣海域沉積物總體上處于自然狀態(tài)，各站位呈現近岸高、遠岸低，灣內高、灣外低的變化趨勢，體現陸源輸入的影響。

蒼南沿浦灣海域的重金屬主要來自2方面：一是來往船只、生活污染造成的Cr，Cu，Zn，Pb，Cd沉積；二是沉積物自身釋放的Hg。

參考文獻：

［1］JIA Z B，ZHOU H，ZHAO Z J，et a1.The app1ication of the index of geoaccumu1ation to eva1uate heavy meta1 po11ution in sediments in the Benxi Swction of the Taizi River［J］.Acta Scientiarum Natura1ium Universitatis Pekinensis，2000，36 （4）：525-529.

［2］丁喜桂.浙江近岸海域沉積物中痕量金屬地球化學特征及環(huán)境質量評價［D］.青島：山東科技大學，2006.

［3］文梅，鞠蓮，易柏林，等.雙臺子河口沉積環(huán)境質量綜合評價［J］.中國海洋大學學報（自然科學版），2011，41（增刊）：391-397.

（責任編輯：高 峻）

通信作者：黃振華（1982—），女，浙江溫州人，研究生，工程師，主要研究方向為水產養(yǎng)殖，E-mai1：258323195@qq.com。

作者簡介：陳星星（1988—），男，浙江臺州人，助理工程師，本科，主要研究方向為水產品質檢與營養(yǎng)分析，E-mai1：363316091 @qq.com。

基金項目：溫州市招標項目（DHCG20140903）；浙江省科技計劃項目（2013C320590）；浙江省2012海洋環(huán)保項目

收稿日期：2015-11-16

中圖分類號：X55

文獻標志碼：A

文章編號：0528-9017（2016）03-0406-04

DOI：10.16178/j.issn.0528-9017.20160338