遼寧省近岸海域表層沉積物重金屬污染現狀調查及評價

夏瑩 付曉燕 劉蓮蓮

（遼寧省大連生態環境監測中心，遼寧大連 116023）

1 引言

遼寧省有著遼闊的海洋面積，西側、東側分別與渤海、黃海相鄰。海域面積達到1 500 萬hm2，其中，近海水域面積640 萬hm2，可利用灘涂面積16.2 萬hm2。遼寧省可利用的海洋自然資源豐富，生物種類多樣，近海生物種類達520 余種。

因為近年來海洋自然資源的過度開發，以及大量的陸源污染物隨河流排入海洋水體，致使海洋生態環境污染加重，近岸海水水質不斷惡化，區域性環境問題突出。

來源復雜且多樣、能長期停留于環境中、不容易被檢測且難以去除，是海洋沉積物中重金屬污染具有的特點，有毒有害重金屬元素可以通過皮膚接觸、呼吸吸入、食物鏈等方式進入人體乃至其他生物體內，且富集到某種程度時，會對人類和其他生物的生理、生命健康造成嚴重傷害［1］。近岸海域沉積物既是重金屬污染物的宿體，同時也是海水水體重金屬污染物的來源，容易造成二次污染。沉積物中的重金屬相對于海水中的重金屬，有豐度高、易檢測等特點，因此沉積物重金屬的污染評價有著更加重要的意義［2］。

目前，遼寧省近岸海域表層沉積物重金屬研究生態風險評價方法尚不完善，風險預警領域研究不足。本文以遼寧省近岸海域表層沉積物為研究對象，對常見的6 種重金屬元素（Cu，Pb，Zn，Cd，Hg，As）含量進行分析，得到其質量分數，并對其進行污染程度評估，以做出生態風險預警，為遼寧省進一步治理海洋生態環境問題提供科學依據。

2 材料與方法

2.1 樣品采集與測定

2.1.1 點位布設和樣品采集

表層沉積物樣品采集工作于2020 年4 月開展。在遼寧省渤海、黃海近岸海域布設有代表性的14 個點位，采集表層沉積物樣品。沉積物樣品采集及保存方法依照文獻［3］中的規定操作。使用“抓斗式”采泥器，采集表層沉積物濕樣，同一采樣點周圍采集2～3次樣品，將各次采集的樣品均勻混合后密封于干凈的雙層聚乙烯袋內，放置于帶有冰袋的采樣箱中并迅速帶回實驗室冷凍，保存于冰箱中，用于后續實驗分析。

2.1.2 樣品的測定

將清洗潔凈的蒸發皿編號，將濕潤的沉積物樣品轉至其中，烘箱升溫至80～100 ℃，將樣品烘干。上述樣品首先用瑪瑙研缽研碎，然后再在研磨機上研磨，最后將全部樣品通過160 目篩篩選，封存于聚乙烯袋（最好2 層）中，然后放入干燥器內備用。本次研究中Cu，Pb，Zn，Cd 元素的分析采用火焰原子吸收分光光度法（FAAS），Hg 采用冷原子吸收光度法（AAS）進行分析，As 采用原子熒光法（AFS）進行分析。各項目分析方法見相關文獻［3］。

2.1.3 質量控制

為確保數據的準確性和有效性，本次沉積物樣品均采集3 個平行樣，每批測試樣品均進行3 個空白實驗。在樣品分析過程中采用國家標準物質與實際樣品同步進行前處理與分析測定。所用國家標準物質各個元素的回收率均在85%～110%之間，滿足該實驗質量控制要求。

2.2 評價方法

目前沉積物中重金屬污染的評價方法有很多，本次研究采用潛在生態危害指數法和地質累積指數法（Geoaccumulation Index），對遼寧省近岸海域的表層沉積物污染狀況進行評價。

2.2.1 潛在生態危害指數法

潛在生態危害指數法是1980 年由學者Hakanson（瑞典）建立的［4］。該方法將生態學、化學和生物毒理學相結合，其特點是將未受工業污染時期的環境最高背景值作為參比，考慮到每一種重金屬的生態毒性系數，從而再得到生態危害指數，以定量的方法計算出其對應的重金屬潛在危害的程度高低。

單個重金屬的污染指數簡稱C（Contamination Factor），其確定公式如下：

表1 遼東灣沉積物參比值 mg/kg

綜合污染指數（Cd）的確定公式如下：

表2 Cri 和Cd 評價標準

單個重金屬的潛在生態危害指數（Eri）的確定公式如下：

式（3）中，Tri為各個重金屬元素的毒性響應系數，其值見表3。

表3 毒性響應系數

多種重金屬的潛在生態危害指數（RI）的確定公式如下：Eri和RI 對應的分級關系見表4。

表4 Eri 和RI 對應的分級關系

該方法能同時呈現沉積物污染的程度和該污染狀況對生態環境造成的潛在生態危害。

2.2.2 地質累積指數法

地質累積指數法是由魯普萊希特－卡爾斯－海德堡大學沉積物研究所的Muller 于1969 年提出的，其特點是定量地評價某種水體沉積物中重金屬污染的程度［6］，其計算公式為：

式（5）中，Igeo代表地質累積指數；Cn代表某一元素實際測定得到的濃度值；Bn代表參比值，即所測元素在沉積巖中的地球化學背景值［7-8］（見表1）；k 代表修正系數（通常k＝1.5）。

按Igeo從小到大的順序，可以將沉積物中重金屬污染程度進行劃分，見表5。

表5 Igeo 對應的分級

地質累積指數法的評價在研究單個元素時具有優越性。如一個研究對象所得到的分析數據太少而且只進行了總含量分析，選擇該評價方法是必要的［9］。

3 結果討論與評價

3.1 沉積物中重金屬的含量分析

遼寧省近岸海域14 個點位表層沉積物樣品分析項目為Cu，Pb，Zn，Cd，Hg，As，各分析項目含量結果見表6。

表6 遼寧省近岸海域表層沉積物重金屬分析結果

沉積物樣品分析統計結果見表7。

表7 沉積物樣品分析統計結果

3.2 評價結果

應用潛在生態危害指數法對本次研究對象進行評價。將上述數據帶入公式（1）～（4）中，14 個點位沉積物Cri和Cd結果見表8。由表8 可以看出，遼寧省近岸海域表層沉積物Cri指數大部分為小于1，呈現低污染程度，其中，點位LN－1 的As，LN－2 的Pb，Zn，Hg，As，LN－3 的Zn，Hg，LN－4 的Zn，LN－7 的As，LN－13 的As 污染指數為1～3 之間，呈現中等污染程度。14 個點位中，12 個點位Cd指數呈現低污染程度，LN－2，LN－3 點位呈現中等污染程度。

表8 沉積物中單個重金屬的污染指數和綜合污染指數的評價結果

潛在生態危害指數見表9。由表9 可以看出，遼寧省近岸海域表層沉積物14 個點位中，Eri指數絕大部分小于40，呈現低潛在生態危害程度，其中點位LN－2，LN－3 的Hg 為中等潛在生態危害程度。14 個點位中，13 個點位RI 指數小于95，呈現低潛在生態危害程度，其中，LN－3 的RI 指數在95～190 之間，呈現中等潛在生態危害程度。

表9 潛在生態危害指數

將上述數據帶入公式（5）中，14 個點位重金屬地質累積指數計算結果見表10。由表10 可以看出，遼寧省近岸海域表層沉積物重金屬地質累積指數絕大部分為0 級別，在無污染的范圍內。其中，點位LN－2 的Zn 元素和點位LN－3 的Hg 元素的地質累積指數為1 級別，屬于輕度污染范圍。

表10 沉積物的重金屬地質累積指數計算結果

4 結論

遼寧省近岸海域表層沉積物重金屬監測結果采用上述評價手段，潛在生態危害程度結果呈現輕微等級程度，地質累積指數法評價為無污染等級程度。但應對各入海河流排放口中重金屬加強監測與管控，并每年對近岸海域沉積物進行監測。