遼東灣北部近岸海域表層沉積物中重金屬生態效應與潛在生態風險

車琳萍

摘 要：為查明遼東灣北部近岸海域表層沉積物中重金屬Cd、Hg、As、Cu、Pb和Zn的含量特征、生態效應與潛在生態風險，2017年8月對遼東灣北部近岸海域進行了1個航次的現場調查。調查結果顯示，重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Hg和As含量平均值分別為25.80、21.83、80.91、0.28、0.06和12.72 mg/kg。生態效應評價顯示，有7個站位的As含量位于效應濃度低值（ERL）與效應濃度中值（ERM）之間，只是偶爾會產生不利的生態效應，所有站位的Cu、Pb、Zn、Cd和Hg含量均低于ERL，幾乎不會產生不利的生態效應。潛在生態風險分析結果顯示，遼東灣北部近岸海域表層沉積物中，Cd、Hg和As的潛在生態風險系數較高，Cu、Pb和Zn的潛在生態風險系數相對較低，遼東灣北部近岸距離河口較近的海域是潛在生態風險較大區域。

關鍵詞：重金屬；生態效應；潛在生態風險；遼東灣；沉積物

重金屬污染已成為一種重要的海洋環境問題[1]，一旦重金屬對底棲生物產生急性或慢性毒害作用，將對整個海洋環境造成嚴重的危害[2-4]。由于累積作用，沉積物中重金屬含量比相應海水中的高，重金屬進入海洋后容易存儲在沉積物中[5-6]，且表現出較強的分布規律[7-8]，海洋沉積物可作為監測重金屬的一種敏感指示物[9]，因此，考察重金屬在海洋沉積物中的含量特征和生態效應是評價海洋環境污染的重要指標。

遼東灣北部入海河流比較多，主要有小凌河、大凌河、雙臺子河和大遼河，可攜帶大量的重金屬污染物進入遼東灣，再加上遼東灣屬半封閉性海灣，海水交換能力差，極易使遼東灣海域沉積物質量受到嚴重威脅，而近岸又處于陸地與海洋過渡帶，自然因素和人類活動產生的重金屬，容易附著于懸浮顆粒物上，并隨之沉降于近岸海域沉積物中[10]，因此，對遼東灣北部近岸海域沉積物環境質量進行監測與評價顯得尤為重要。筆者基于遼東灣北部近岸海域的2017年8月現場調查數據，研究分析了表層沉積物中Cd、Hg、As、Cu、Pb和Zn 這6種重金屬的生態效應和潛在生態風險，為該海域的海洋生態環境保護與修復提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 采樣站位與時間

調查區域選擇位于遼東灣北部的全部近岸海域，共設調查站位9個（圖1），調查時間為2017年8月。

1.2 測定元素與分析方法

樣品檢測重金屬包括Cd、Hg、As、Cu、Pb和Zn。樣品的采集、現場處理及分析方法均依據《海洋監測規范》（GB 17378.5–2007）[11]中規定的方法進行。Cu、Pb、Zn和Cd采用原子吸收分光光度法（美國PE AAS-900T）測定，Hg和As 采用原子熒光法（AFS-230E）測定。

2 結果與討論

2.1 重金屬含量

遼東灣北部近岸海域表層沉積物中重金屬含量如表1所示，Cd、Hg、As、Cu、Pb和Zn的平均值分別為0.28、0.06、12.72、25.80、21.83和80.91 mg/kg，均小于國家海洋沉積物質量第一類標準值（GB 18668-2002），這6種重金屬元素的最大值均小于國家海洋沉積物質量第二類標準值（GB 18668-2002）[12]。重金屬Cd、Pb、Zn和Cu含量的平均值大于中值，As和Hg含量的平均值小于中值，說明遼東灣北部近岸海域Cu、Pb、Zn和Cd含量分布均向高含量方向傾斜，As和Hg含量分布均向低含量方向傾斜。

2.2 重金屬生態效應評價

重金屬污染會影響沉積物微生物區系、微生物過程和生態物種，進一步會影響生態系統的結構與功能，最終會給生態系統帶來負效應[13]。生態效應濃度低值（Effect range low，ERL）和生態效應濃度中值（Effect range median，ERM）是Long等[14]建立的，是目前國際上環境評價廣泛采用的沉積物質量標準。沉積物重金屬含量依據ERL和ERM的生態效應可劃分為三個區間：重金屬含量小于ERL，表示很少產生不利的生態效應；重金屬含量介于ERL和ERM之間，表示偶爾產生不利的生態效應；重金屬含量大于ERM，表示經常產生不利的生態效應[15]。

遼東灣北部近岸海域表層沉積物中重金屬含量與生態效應濃度標準（ERL和ERM）的比較如表2所示。Cd、Hg、Cu、Pb和Zn含量均低于其 ERL值，表明這5種重金屬對海洋沉積物生態環境產生的影響相對較低。有22.22%站位的沉積物中As含量低于ERL值，有77.78%站位的沉積物中As含量介于ERL和ERM之間，表明As偶爾會產生不利的生態效應，影響海洋沉積物環境。因此，理論上，遼東灣北部近岸海域表層沉積物中的As會對沉積物環境和底棲生物群落產生生態影響，我們應引起足夠重視。

2.3 重金屬生態風險評價

遼東灣北部近岸海域表層沉積物中重金屬的潛在生態風險采用“Hakanson潛在生態風險指數法”進行分析評價。Hakanson（瑞典學者）在1980年就提出了潛在生態風險指數法[16]，該法充分考慮了污染物的生物毒性和生態毒性，包含了現在和潛在兩個層面的生態風險情況[17]。重金屬的區域地球化學背景值是沉積物重金屬生態風險研究中一項關鍵指標[18]，我們考慮到研究區域元素背景值比普通頁巖中地球化學背景值更接近實際情況，為此，本研究采用馮慕華等[6]對遼東灣沉積物重金屬Cd、Hg、As、Cu、Pb和Zn背景值的研究結果（見表3）作為參比。計算公式如下：

式中，RI為多種重金屬元素的潛在生態風險指數，Eri為單個重金屬元素的潛在生態風險系數， Tri為重金屬毒性響應因子，Ci為重金屬實測值，Co為背景值。Cd、Hg、As、Cu、Pb和Zn的Tri分別為30、40、10、5、5和1。重金屬潛在生態風險評價等級如表4所示。

遼東灣北部近岸海域表層沉積物重金屬潛在生態風險系數（Eri）和潛在生態風險指數（RI）計算結果見表5。在研究區域內，Eri平均值范圍為1.01～16.77，均小于40，RI范圍為33.24～66.93，RI均小于150。進一步分析發現，Eri順序為Cd>As>Hg>Cu>Pb>Zn，說明Cd、As和Hg是對遼東灣北部近岸海域生態環境具有潛在影響的主要元素。其中Cd的Eri值最大，高值出現在站位1、2、3和4附近，說明遼東灣北部距離河口較近海域的Cd潛在生態風險較大，As的Eri高值除出現在站位1、2、3和4附近外，在站位9也較高，說明As的潛在生態風險較大區域除與Cd重疊的區域外，還增加了大遼河河口東岸海域，Hg的Eri高值出現在站位1、2、3、4、5和9，說明Hg的潛在生態風險較大區域又增加了小凌河河口西岸海域。通過分析我們發現，Cd、As和Hg潛在生態風險較大的區域在站位5、1、2、3、4和9附近，位于遼東灣北部距離河口較近海域，在距離河口較遠的站位6、7和8附近，Cd、As和Hg的潛在生態風險較小，說明入海河流周邊城市的污染物通過各種途徑輸入河流，最終可能被帶入遼東灣，因此，遼東灣北部近岸距離河口較近的海域是重金屬潛在生態風險較大區域。

3 結論

遼東灣北部近岸海域表層沉積物中重金屬含量相對較低，Cu、Pb、Zn、Cd、Hg和As的平均值分別為25.80、21.83、80.91、0.28、0.06和12.72 mg/kg，均低于國家海洋沉積物質量第一類標準。

對遼東灣北部近岸海域表層沉積物中重金屬生態響應分析表明，Cd、Hg、Pb、Cu和Zn含量均低于其 ERL，對生態環境影響較小，As偶爾會產生不利的生態效應，理論上，遼東灣北部近岸海域表層沉積物中的As會對沉積物環境和底棲生物群落產生生態影響，我們應引起足夠重視。

Cd、As和Hg對遼東灣北部近岸海域生態環境具有潛在危害，遼東灣北部近岸海域表層沉積物中，Cd、Hg和As的潛在生態風險系數較高，Cu、Pb和Zn的潛在生態風險系數相對較低，遼東灣北部近岸距離河口較近的海域是潛在生態風險較大區域。

參考文獻：

[1] Davutluoglu O I，Seckin G，Kalat D G，et al.Speciation and implications of heavy metal content in surface sediments of Akyatan Lagoon-Turkey[J].Desalination，2010，260（1-3）：199-210.

[2] Preuss T G，Hommen U，Alix A，et al.Mechanistic effect models for ecological risk assessment of chemicals（MEMoRisk）—a new SETAC-Europe Advisory Group[J].Environmental Science and Pollution Research，2009，16（3）： 250-252.

[3] Wang W X，Yan Q L，Fan W H，et al.Bioavailability of sedimentary metals from a contaminated bay[J].Marine Ecology Progress Series，2002，240：27-38.

[4] Pan K，Wang W X.Trace metal contamination in estuarine and coastal environments in China[J].Science of The Total Environment，2012，421-422：3-16.

[5] 丁喜桂，葉思源，高宗軍.近海沉積物重金屬污染評價方法[J].海洋地質動態，2005，21（8）：31-36.

[6] 馮慕華，龍江平，喻龍，等.遼東灣東部淺水區沉積物中重金屬潛在生態評價[J].海洋科學，2003，27（3）： 52-56.

[7] Nendza M.Inventory of marine biotest methods for the evaluation of dredged material and sediments[J].Chemosphere，2002，48（8）：865-883.

[8] Morales-caselles C，Kalman J，Riba I，et al.Comparing sediment quality in Spanish littoral areas affected by acute（Prestige，2002）and chronic（Bay of Algeciras）oil spill[J].Environmental Pollution，2007，146（1）：233-240.

[9] 胡寧靜，石學法，黃朋，等.渤海遼東灣表層沉積物中金屬元素分布特征[J].中國環境科學，2010，30（3）：380-388.

[10] Viaroli P，Laserre P，Campostrini P.Lagoons and coastal wetlands in the Global change context，impacts and management issues[J].Hidrobiologia，2007，577：1-3.

[11] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局中國國家標準化管理會.海洋監測規范（沉積物分析）：GB 17378.5-2007[S].北京：海洋出版社，2007.

[12] 國家技術監督局.海洋沉積物質量：GB 18668-2002[S].北京：中國標準出版社，2002.

[13] 胡寧靜，石學法，劉季華，等.萊州灣表層沉積物中重金屬分布特征和環境影響[J].海洋科學進展，2011，29（1）：63-72.

[14] Long E R，MacDonald D D，Smith S L，et al.Incidence of adverse biological effects within range of chemical concentrations in marine and estuary sediments[J].Environ Manage，1995，19（1）：81-97.

[15] 劉金虎.萊州灣多項介質重金屬污染特征及其在食物鏈（網）的傳遞與生物放大作用[D].北京：中國科學院大學，2013.

[16] Hakanson L.An ecological risk index for aquatic pollution control.a sediment ecological approach[J].Water Research，1980，14（8）：975-1001.

[17] 劉孟蘭，鄭西來，林端，等.南海重點海洋傾倒區表層沉積物富集特征及其潛在生態風險評價[J].海洋環境科學，2007，26（2）： 158-165.

[18] 鮑永恩，符文俠.遼東灣北部沉積物對重金屬集散的控制作用[J].海洋學報，1994，16（3）：139-141.