紅樹林沉積物重金屬分布及生態風險分析

甘加俊

(廣東珠海淇澳-擔桿島省級自然保護區管理處，廣東 珠海 519000)

1 引言

紅樹林是一種獨特的生態系統，其適合生長的環境為熱帶和亞熱帶的海灣、沿海河流的潮間帶、河口等。在各類污染物中，重金屬的屬性為生物積累且具有持久性，其特點為不可逆積累、難降解、易富集，是影響海洋環境的主要污染因子，可通過食物鏈傳遞對人體健康產生有害影響。重金屬進入海洋后，會在化學、物理、生物的三重作用下在沉積物中富集，以動態平衡的形式依附在上覆水體里[1]。一旦環境有所改變，將打破原有的平衡，沉積物所含的重金屬會再次侵入人體。所以，在重金屬的評價中沉積物以其聚集和釋放雙重特點占據特殊的地位。在水環境中重金屬的主要生存載體就是沉積物，該物體置于液固狀態的交匯處，對海洋的影響很廣泛，表現在生態環境、生態服務、生態系統結構等諸多方面[2]。最近幾年，廣東省珠海市相關海域表現最明顯，嚴格進行了海域環境質量、富營養化、重金屬污染等相關評價[3]。本研究以珠海淇澳紅樹林為重點，對沉積物中As、Cr、Cd、Cu、Ni、Pb、Zn等有毒金屬，利用沉積物富集系數法進行研究，探討了淇澳紅樹林沉積物有毒金屬含量影響因子和時空分布特征，對毒性金屬隱藏的生態風險進行評價，利用形成的理論和積累的數據促進淇澳紅樹林的生態健康，提升其管理效益[4，5]。

2 材料與方法

2.1 原料

研究區選擇為珠海淇澳紅樹林群落，該地區具有優越的光、水、濕、熱等環境，長達358 d的無霜期，年氣溫均22～23 ℃，表層海水溫度均為24.6 ℃，降水量年平均為1975.1 mm。成土母質為燕山黑云母花崗巖母巖。本試驗于2018年7月采集淇澳紅樹林濕地的沉積物樣品，采集土壤樣品24個，標號為C1-C24。

2.2 研究方式

2.2.1 關鍵試驗儀器與試劑

電感耦合等離子質譜；微波消解儀；去離子水系統；調溫加熱板；硝酸；氫氟酸；多元索標準儲備液(As、Cr、Cd、Cu、Ni、Pb和Zn,質量濃度為1000 mg/L)。

2.2.2 試驗過程

將樣品土壤進行自然干燥。將內含的所有雜質去除后，用砂漿磨成細粉，通過200目尼龍篩過濾，將處理后的樣品裝入編號干凈的密封袋內，等待測定重金屬含量。稱取0.1 g的土壤樣品，稱量要不超過0.0001 g的誤差，加入9 mL 2∶1比例的混合酸(HNO3-HF)，然后放置到微波消解儀內根據預定的程序進行消解，消解后實施冷卻，將消解后的液體放置燒杯內，加入精準準確稱取處理后的干土樣0.1 g(精確至0.0001 g)，加入H2O20.5 mL，把剩余酸蒸發掉；向燒杯中加入0.02 mL HNO3使鹽溶解，將溶液全部移入50 mL容量瓶中，定容利用純凈水，最后用電感耦合等離子體質譜法測定鉻、鎳、銅、鋅、砷、鎘、鉛的含量[6]。數據采用 excel 2010和spss19.0軟件處理，圖像采用 arcgis 9.3和 origin9.0軟件繪制。

3 結果與討論

3.1 沉積物重金屬含量與分布特征

本文表1中顯示24個試驗土樣中7種重金屬值，同時所示的還有海南水系沉積物元素背景值，通過表格數據不難看出，大部分的重金屬濃度變化區間較大。

表1 24個試驗土樣中7種重金屬值 mg/kg

Cd的含量在0.31～1.78 mg/kg區間,平均值為0.64 mg/kg，Cd含量的不同點位都比元素背景值高，其中CD含量最高的兩個點為C22(1.78 mg/kg)和點位C17(1.28 mg/kg),C22是背景值的25.30倍，C17是背景值的17.14倍；As的含量介乎1.98～54.75 mg/kg，平均值為11.80 mg/kg。As含量在不同的點位都明顯比元素背景值高,其中As含量最高的兩個點位是C20(55.65 mg/kg)和C21(27.88 mg/kg),C20是背景值的21.54倍，C21是背景值的10.86倍；Cr的含量范圍為12.18～105.82 mg/kg,平均值為54.07 mg/kg,除了C7、C8、C12、C14、C15、C19、C22和C23外，其他點位的Cr含量都要比背景值高，其中Cr含量最高的兩個點位是C17(104.82 mg/kg)和C16(97.60 mg/kg)，C17是背景值的2.64倍，C16是背景值的2.6倍；Cu含量范圍是2.53～21.19，Ni的含量范圍是7.43～53.60，Pb的含量范圍是4.18～30.18mg/kg，Zn的含量范圍是16.24～138.21 mg/kg，Cu的平均值為22.11 mg/kg，Ni的平均值是11.54 mg/kg，Pb的平均值是48.51 mg/kg，Ni的平均值是12.53 mg/kg，在這幾種化學元素中，唯有局部點位重金屬含量高于背景值。

3.2 特征分析

該分析利用沉積物富集系數法，參考元素選擇Sr，進行重金屬中富集系數的運算，重金屬采集于紅樹林濕地沉積物[7]，圖2為計算結果。富集系數計算根據公式(1)：

(1)

公式(1)中某一元素設定為Me,Mesiple表示沉積物的重金屬元素；Srsimple代表Sr的測量值；而Mebackground表示沉積物的重金屬；Srbackground表示Sr的背景值。總之，Cr、Cu、Ni、Pb、Zn這五種元素的富集系數都低于1.5，足以顯示這5種元素不富集，主要是因為這些元素形成于巖石圈和地殼自然風化的過程，人類行為難以影響；Cd、As兩種元素都高于1.5的富集系數，說明Cd、As的富集由于該地區土壤重金屬含量不同程度的富集，人類行為影響土壤重金屬的程度高于自然過程。具體分析，Cd元素所有點位的富集系數都比其他元素高，平均值為2.18，其中富集系數都大于1.5的點位占據一半，C20點位的EF值為5.33，C22點位的EF值為4.58；而As在另外六個點位(C1、C9、C18、C20、C21、C22)的富集系數高于1.5，C20點位呈現最高值，可達7.83。

3.3 生態風險指數分析

該計算可以利用潛在生態風險指數法[8]，首先獲得本文案例濕地沉積物中各重金屬潛在生態風險系數E，再求出生態風險指數RI，具體方法見(2)式:

(2)

圖1 表層沉積物重金屬潛在生態風險指數

綜合該濕地區域中點位生態風險值呈現逐漸上升的態勢，從C1點位的252.86到C22點位的798.66，波動式提升218.38%。必須指出的是，在該紅樹林中有四個點位(C4、 C17、C20、C22)都呈現各自的峰值。尤其是C22點位，RI值為798.66，該點位處于濕地內RI最高值，其生態風險水平也最高[10]。足以顯示整個研究區重金屬元素的富集程度越來越高，尤其是在相對平坦的水流區。另一方面，峰值表明本點位重金屬含量都比其他點位高，更具備顯著的累積效應[11,12]。主要因素為近年來頻繁的人類行為，高含量的重金屬污染物沒有進行相應的處理就進入該濕地，并在沉積物中積存；另外的因素也可能是雨水沖擊附近被重金屬污染的土壤流入濕地，而重金屬最終通過一系列的物理、化學和生物過程積累，導致重金屬的沉積和富集[13]。

4 結論

本研究利用了沉積物富集系數法,得出的結論是該濕地中沉積物中重金屬的富集微弱，唯有Cd、As兩種元素表現較高的富集，這兩種元素的主要來源是人為輸入。在該濕地的區域內,周邊水產養殖較密集的地方以及水流緩慢的下游區域，具備富集重金屬的活躍能力。該濕地中重金屬的關鍵污染元素就是Cd和As,必須引起足夠的重視。