沙埕港傾倒區表層沉積物重金屬污染 狀況及年際變化分析

中圖分類號：X5 ;P7 文獻標志碼：A 文章編號：105-9857（2025）01-0120-09

PolutionStatusandtheAnualVariationsofHeavyMetals intheSurfaceSedimentsoftheShachengPortDumpingArea

CHEN Yong，WENDong，LAN Wangrong，LIYun，HUANG Wen，YU Qiaoyan

（NingdeMarineCenter，MNR，Ningde ，China）

Abstract：Thecontentofheavy metalsinsurfacesedimentsinthedumpingareaofShacheng harborwasanalyzed.Thecontentsof Hg ，As，Cu，Pb，Cd，Cr，Zn，sulphideandorganiccarbonal metthequalitystandardofthefirstkindofmarinesediments.Principalcomponentanalysisshowsthatthedistributionofheavymetalsinsurfacesedimentsinthedumpingareaof Shachengportisgreatlyafectedbytheexternaldumping.Thepotentialecologicalriskindex methodwasusedtoases theecologicalrisk.Theresultsshowedthatthedumpingareaof ShachengharborwaspolutedbyCdtoacertainextent，andtheCdcontentintheinvestigated areahadreachedthemoderateharmdegre.Theresultsofthisstudyprovideabasisforthescientificdecision-makingofthemanagementdepartmentsinthedumpingareaofShachengport.

Keywords：Shacheng portdumping area，Heavy metals，Surfacesediment，Ecologicalrisk， Anualvariations

0 引言

水體中的重金屬具有自身難降解性和通過食物鏈富集、毒性放大的特性，從而進入海洋生物體中，并持續富集，是海洋環境中關注度較高的污染物之一[1-3]。海洋中的沉積物既能夠富集水體中的重金屬，在攪動的情況下又能夠釋放出重金屬，而且海洋沉積物中的重金屬濃度經過長期的富集往往濃度較高且相對穩定。因此，選取沉積物來評價某一海域是否受到重金屬污染是十分合適的[4]。通過技術手段分析海洋沉積物中重金屬的含量，能夠真實地反映當地海洋環境受到重金屬污染的程度 [5-7] ，因此國內外越來越多的學者采用這種方式來分析沉積物中重金屬的生態危害。

沙埕港臨時性海洋傾倒區位于福建近岸，以 26^°56^′30^′′N ， 120^°35^′00^′′E 為中心， 0.5n mile（0.926km） ）為半徑的圓形海區，面積 2.69km² ，主要用來滿足沿岸涉海工程傾倒需求。該傾倒區自2016 年重啟以來，共接受傾倒疏浚物達到132.34萬 m³ ，這些傾倒物通常受到不同程度的重金屬污染。進入水體中的重金屬要素多數都轉移至水體中的懸浮顆粒物質和底層沉積物中去，因此，沉積物既是重金屬的源也是重金屬的匯，對沉積物中重金屬生態風險的評價十分重要[8-10]。

本研究采用2021—2023年的調查數據，對沙埕港傾倒區表層沉積物重金屬污染狀況進行分析，結合潛在生態風險指數法對該區域進行生態風險評價;并分析連續3年年際變化情況。

1 材料與方法

本次研究共設置 個站位，進行連續 年的調查。利用抓斗采泥器采集表層沉積物樣品 （0～ 2cm ），利用木勺刮下采泥器中央部分泥樣，轉移到洗凈的聚乙烯袋中，封口放入冷藏柜中，在最短時間內運回實驗室進行前處理分析[11]。

樣品分析方法：沉積物樣品中的硫化物含量采用碘量法進行測定（當天完成）;有機碳含量采用重鉻酸鉀氧化—還原容量法進行分析測定;沉積物重金屬樣品經硝酸—高氯酸消解后采用原子吸收分光光度計進行測定，沉積物汞、砷采用原子熒光光度計進行測定。所有的監測參數均嚴格按照《海洋監測規范 第5 部分：沉積物分析》（GB17378.5—207）[12]的有關要求對樣品進行操作分析。

本文采用 Hakanson的潛在生態風險指數法進行生態風險評價[13-15]，該方法綜合考慮了重金屬的毒理特性以及其在沉積物中的轉移、分布規律，并結合評價區域對各種重金屬的敏感程度，將得出的計算結果與調查區域的背景值進行比較，消除了地域差異及異源污染影響。

2 結果與討論

2.1 表層沉積物重金屬含量分析

本研究對沙埕港傾倒區連續3年6個相同站位的表層沉積物的監測結果如表 所示。其中，汞、砷、銅、鉛、鎘、鉻、鋅的含量范圍分別為： 0.023～0.057mg/kg， 、7.90～12.20mg/kg，20.50～34.80mg/kg，24.10～ 33.20mg/kg 、0.06 ～ 0.10 mg/kg、38.90 ～70.10mg/kg.83.50～134mg/kg ，平均值分別為：0.041mg/kg.9.80mg/kg.30.90mg/kg.29.10mg/kg， 0.08mg/kg?57.30mg/kg?109mg/kg 。有機碳的含量在 0.49%～0.93% ，平均值為 0.72% 。硫化物的含 量 在 未 檢 出 （ND）至 184mg/kg ，平 均 值為 73.30mg/kg 。

根據《海洋沉積物質量》（GB1868—202）[16]中規定的一類標準值，沙埕港傾倒區的表層沉積物中汞、砷、銅、鉛、鎘、鉻、鋅、硫化物和有機碳均符合第一類海洋沉積物質量標準的要求。

表1 2021—2023年調查海域表層沉積物重金屬及硫化物、有機碳含量

Table1 Contentsofheavymetals，sulfideandTOCinthesurfacesedimentsfrom2021to2023

續表1

注：“ND”表示未檢出。

本次實驗數據與其他海灣報道的相關研究數據對比如表 所示。與閩江口的調查數據相比較，除了汞含量較低外，銅、鉛、鎘、鉻、鋅、砷含量均高于閩江口數據，其中銅含量是閩江口含量的近 倍，鉻含量是閩江口含量的 倍多，可能與該海域的傾倒有關。與福建省土壤背景值和欽州灣相比較，除了汞和鉛較低外，銅、鎘、鉻、鋅、砷含量均高于前兩者。與中國淺海沉積物相比較，除了鉻較低于前者外，其余重金屬要素含量均較高。與國外的相比，銅、鉛、鎘、鋅含量均略高于前者，汞和鉻含量則顯著小于前者。

表2 沙埕港傾倒區與其他海灣表層沉積物重金屬含量比較

Table2 ComparisonsofheavymetalsconcentrationsinsedimentsbetwentheShachengPortDumpingAreawithothersource mg/kg

注：“-”表示沒有數據。

2.2 表層沉積物重金屬年際變化分析

沙埕港傾倒區海域表層沉積物重金屬年際變化情況如圖1 所示。重金屬汞、銅、鉛、鉻和鋅的含量變化均呈現先下降后上升的趨勢;砷的含量在202 年達到最大值，另外兩年基本上持平;鎘的含量在2021 年最大，202 年和2023 年基本持平。

2.3 表層沉積物重金屬相關性分析

對沙埕港傾倒區表層沉積物中7種重金屬之間及與環境參數的相關性分析結果如圖 2 所示。2021年，汞與有機碳和硫化物均存在極顯著正相關關系 ），表明沉積物中汞的分布受到有機碳和硫化物的影響;砷、銅、鉛、鎘、鉻、鋅與有機碳和硫化物之間相關性不顯著，說明它們的分布受其他因素的影響;鋅和銅、鉛、鎘、鉻之間均存在極顯著正相關關系 （plt;0.01） ），表明這些元素之間存在相似的來源。202 年，銅、鎘、鋅與有機碳存在極顯著正相關關系 （ρ_Plt;0.01） ），表明有機碳是影響銅、鎘、鋅分布的主要因素;汞和硫化物之間存在極顯著正相關關系，說明，汞的分布受到硫化物的影響;砷、鉛、鉻與有機碳和硫化物之間關系不顯著，表明，它們的分布受到其他因素影響，鋅和銅、鉛、鎘、鉻之間均存在極顯著正相關關系，表明 年這些元素之間同樣存在相似的來源。2023 年，砷、銅、鉛、鉻、鋅與硫化物之間存在極顯著正相關關系，表明這些要素的分布與硫化物存在同源性;鉻和砷、銅、鉛、鋅之間均存在極顯著正相關關系，表明這些元素之間同樣存在相似的來源。

圖1 表層沉積物重金屬平均值的年際變化情況

Fig.1 Theanualvariationsoftheaveragecontentsofheavymetalsinthesurfacesediments

圖2 沙埕港傾倒區不同年份表層沉積物重金屬含量與環境要素之間的相關性 Fig.2 CorelationcoeficientsbetwenPTEsandenvironmentalparametersinsediments

2.4 重金屬來源分析

本次研究采用主成分分析法來分析不同來源的重金屬在各元素含量中所占的比重。圖3 為2021—2023年沙埕港傾倒區表層沉積物主成分分析結果，總共 個因子。 年第一主成分（ ）貢獻率為 53.7% ，變量因子在銅、鉛、鎘、鉻、鋅上的載荷均達到0.7 以上，銅、鉛、鉻均來源于工業排放[28]，因此第一主成分可以認定為工業污染源;第二主成分（PC2）貢獻率為 36.0% ，在硫化物、有機碳、汞、砷的載荷均超過0.7，表征PC2的影響因素主要是有機質的降解和該海域本身的沉積環境決定的，隨著重金屬元素的遷移轉化環境發生改變，有機質上的絡合金屬離子會被解離出來，進入表層沉積物中，同時重金屬的吸附解吸過程還受到沉積物環境的影響[29]。 年 貢獻率為 78.1% ，變量因子在汞、銅、鉛、鎘、鉻、鋅、有機碳上的載荷均達到0.7以上，銅、鉛、鉻均來源于工業排放，因此PC1可以認定為工業污染源;PC2貢獻率為 15.1% ，在砷的載荷超過0.7，表征PC2主要是砷。2023年PC1貢獻率為 67.7% ，變量因子在汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、硫化物上的載荷均達到0.7以上;PC2貢獻率為 20.6% ，有機碳載荷達到0.97，說明PC2為有機碳。

圖3 沙埕港傾倒區不同年份表層沉積物重金屬主成分分析Fig.3 ThePCAplotforthesurfacesedimentsfrom2021to2023

綜 上 分 析，沙 埕 港 傾 倒 區 海 域 年 和2023年的主成分較為相似，2021年則變化較大，主要原因可能是該傾倒區自2019年至2021年3年間均未進行傾倒，而202 年和2023年均有傾倒。

2.5 沙埕港傾倒區表層沉積物重金屬的潛在生態 危害評價

本次研究采用潛在生態風險指數法對重金屬污染狀況進行評價。該方法通過重金屬單個元素指數法得出該元素的污染系數，結合重金屬元素的污染系數，得到調查區域生態環境存在的風險程度，目前已經被廣泛應用于評價重金屬的污染程度[30-31]。

公式為：

式中： Cⁱ 為表層沉積物重金屬各要素含量的實測值; C_nⁱ 為參比值; C_fⁱ 為單個重金屬要素的污染系數; 為各對應重金屬的毒性相應系數; E_rⁱ 為第 i 種重金屬的潛在生態風險因子;RI為沉積物中多種重金屬潛在的生態風險指數。

本文選取 種常見的重金屬汞、砷、銅、鉛、鎘、鉻和鋅作為評價參數，沙埕港傾倒區的沉積物主要來源于陸源輸入，因此選用福建省土壤背景值作為參比值。評價指標與污染程度和潛在生態危害程度的對應關系如表 和表 所示。

表4 各評價指標及潛在生態風險程度

表3 福建省重金屬背景參考值及系數

表5 重金屬潛在生態危險評價結果

Table5 Evaluativeresultofpotentialecologicalriskofheavymetals

生態危害指數法分析結果如表 所示，參與評價的7 種重金屬的 E_rⁱ 最大值為5 .56，最小值為1.01。其中，汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅的潛在風險因子值均小于40，屬于低生態風險水平;鎘在多數站位 E_rⁱ 值均高于40，屬于中生態風險水平。各站位的 RI最大值為120.13，最小值為72.31，平均值為10 .16，所有調查站位RI均小于150，表明沙埕港傾倒區海域綜合潛在生態風險為低生態風險水平。

從年際變化來看， 年 值最高，均值為107.62;202 年RI值最低，均值為94.09。

綜上，沙埕港傾倒區海域受到一定程度的鎘污染，調查海域鎘含量均已達到中等危害程度，需要引起重視。

3 結論

沙埕港傾倒區的表層沉積物中汞、砷、銅、鉛、鎘、鉻、鋅、硫化物和有機碳均符合第一類海洋沉積物質量標準的要求。

（2）2021年，鋅和銅、鉛、鎘、鉻之間均存在極顯著正相關關系，表明這些元素之間存在相似的來源，銅、鎘、鋅與有機碳存在極顯著正相關關系;202 年，鋅和銅、鉛、鎘、鉻之間均存在極顯著正相關關系;2023年，砷、銅、鉛、鉻、鋅與硫化物之間存在極顯著正相關關系，鉻和砷、銅、鉛、鋅之間均存在極顯著正相關關系。

（3）主成分分析結果表明，沙埕港傾倒區表層沉積物重金屬的含量受外來傾倒的影響較大。

生態危害指數法分析結果表明，沙埕港傾倒區海域受到一定程度的鎘污染，調查海域鎘的生態危害指數均已達到中等危害程度。

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