廣西欽州灣沉積物重金屬污染現(xiàn)狀及潛在生態(tài)風(fēng)險評價

張少峰，林明裕，魏春雷，劉保良，張志娟

（國家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，廣西海洋監(jiān)測預(yù)報中心，廣西 北海 536000）

廣西欽州灣沉積物重金屬污染現(xiàn)狀及潛在生態(tài)風(fēng)險評價

張少峰，林明裕，魏春雷，劉保良，張志娟

（國家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，廣西海洋監(jiān)測預(yù)報中心，廣西 北海 536000）

對欽州灣沉積物進(jìn)行采集，測定了沉積物中的Zn、Pb、Cu、Hg、Cd、As重金屬的含量。用單因子指數(shù)法和Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法評價了沉積物中重金屬綜合污染效應(yīng)。研究結(jié)果表明：欽州灣沉積物中Zn、Pb、Cu、As、Cd、Hg的平均含量分別為60.0×10-6、31.3×10-6、19.8 ×10-6、11.31×10-6、0.083×10-6、0.046×10-6。沉積物質(zhì)量評價結(jié)果表明：各種重金屬單因子指數(shù)污染程度依次為 Cu（1.15）＞ Pb（1.14）＞As（0.93）＞ Cd（0.92）＞ Zn（0.90）＞Hg（0.51），多種污染物綜合效應(yīng)指數(shù)為 5.56，為較低的中等程度污染；各種重金屬的潛在生態(tài)危害參數(shù)大小順序為 Cd（27.71）＞Hg（20.58）＞As（9.32）＞Cu（5.75）＞Pb（5.69）＞Zn（0.90），其潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI平均值為 69.95，屬于低潛在生態(tài)危害的范疇。

欽州灣；沉積物；重金屬；潛在生態(tài)風(fēng)險評價

欽州灣位于北部灣頂部，廣西沿岸中段。該灣由內(nèi)灣和外灣所構(gòu)成，中間狹小，兩端開闊，東、西、北三面為陸地環(huán)繞，南面與北部灣相通，是一個半封閉型的天然海灣。該灣口門寬約為29 km，縱深約為39 km，海灣面積約為380 km2[1]。該灣是生態(tài)保護(hù)良好的海灣生態(tài)系統(tǒng)，各種經(jīng)濟(jì)海洋魚類較豐富，沿岸生長大片紅樹林，白海豚生活在該灣內(nèi)。另外，該灣水陸交通較方便，具有建立深水港的良好條件。

沉積物是重金屬污染物的載體和“蓄積庫”，水環(huán)境中重金屬絕大部分經(jīng)過物理化學(xué)作用富集在沉積物表層。重金屬污染具有來源廣、殘毒時間長、易蓄積、污染后不易被發(fā)現(xiàn)并且難于恢復(fù)等特征，對水生生物和人體健康有較大的負(fù)面影響，并且蓄積在沉積物中的重金屬有二次污染的可能,一旦參與食物鏈循環(huán)并最終在生物體內(nèi)積累，將會破壞生物體正常生理代謝活動[2]。因此水體沉積物重金屬的生物毒性或潛在生態(tài)風(fēng)險是當(dāng)前水環(huán)境重金屬研究的熱點問題之一[3]。

自2006年廣西北部灣大開發(fā)以來，欽州灣沿岸港口、臨海工業(yè)發(fā)展迅速。2008年3月欽州港保稅港區(qū)建設(shè)獲批，更加促進(jìn)各種項目的落戶。因此掌握該海域沉積物重金屬污染現(xiàn)狀，并對潛在生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評價，對于該海域的海洋環(huán)境保護(hù)，海洋資源的可持續(xù)利用具有著重要的意義。

1 采樣和分析方法

1.1 樣品采集

在欽州灣海域共布設(shè)16個站點（見圖1）。于2008年夏季采集16個表層（0～3 cm）沉積物樣品，裝入聚乙烯袋中，在0～4℃下保存。將解凍至室溫的樣品在80～100 ℃烘箱內(nèi)烘干6 h，烘干后的樣品用球磨機(jī)粉碎，用160目尼龍篩加蓋過篩，充分混勻后的樣品裝入磨口玻璃瓶以備用。具體操作見《海洋監(jiān)測規(guī)范》[4]。

1.2 樣品分析方法

重金屬分析方法：Cd、Pb采用無火焰原子吸收分光光度法，Zn、Cu采用火焰原子吸收分光光度法，As、Hg采用原子熒光法。具體操作見《海洋監(jiān)測規(guī)范》[4]，分析方法、檢出限、精密度和準(zhǔn)確度見表1。

圖1 采樣站位Fig. 1 Location of sampling sites

表1 測試方法、檢出限(×10-6)、精密度（RSD）及準(zhǔn)確度（相對誤差）Tab. 1 Testing method, detect on limit, precision and accuracy

實驗所用玻璃、塑料器皿均事先在硝酸溶液(1+3) 中浸泡24 h以上，并用蒸餾水和超純水洗凈后烘干，所用試劑全部為優(yōu)級純，所用試劑溶液均用超純水配制。

2 評價方法

2.1沉積物重金屬污染現(xiàn)狀分析方法

采用單因子評價法[5]對沉積物污染要素進(jìn)行分析和評價，單個污染指數(shù)的計算公式為：

多種污染物的綜合效應(yīng)通過綜合指數(shù)Cd來表示：

本次重金屬調(diào)查要素為 6 項，少于Hakanson提出生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的 8 項，以Cd表征的綜合污染程度為Cd＜5，為低污染；5≤Cd＜10，為中污染；10≤Cd＜20，為較高污染；Cd≥20時為高污染[6]。

2.2 沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價方法

采用瑞典科學(xué)家 Hakanson 潛在生態(tài)危害指數(shù)法[7](Potential ecological risk index)，對沉積物重金屬的生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評價。該方法不僅反映了某一特定環(huán)境中的每種污染物的影響，而且也反映了多種污染物的綜合影響，并且用定量的方法劃分出潛在生態(tài)危害的程度[8]。為了定量表達(dá)水域中單個污染物的潛在生態(tài)風(fēng)險，定義潛在風(fēng)險參數(shù)為：

潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI定義為潛在生態(tài)風(fēng)險參數(shù)之和，即：

RI＜150，海域具有低潛在生態(tài)風(fēng)險；150≤RI＜300，海域具有中潛在生態(tài)風(fēng)險；300≤RI＜600，海域具有較高生態(tài)風(fēng)險；RI≥600，海域具有很高潛在生態(tài)風(fēng)險。

3 結(jié)果與討論

3.1 沉積物重金屬的含量及變化范圍

根據(jù)16個站位的重金屬含量分析結(jié)果表明，Zn的含量范圍(15.9～98.9)×10-6，平均值為60.0×10-6；Pb的含量變化范圍為(20.7～43.4)×10-6，平均值為31.3×10-6；Cu的含量變化范圍為(6.9～26.9)×10-6，平均值為19.8×10-6；Hg的含量變化范圍為（0.015～0.090）×10-6，平均值為0.046×10-6；Cd的含量變化范圍為（0.025～0.130）×10-6，平均值為0.083 × 10-6；As的含量變化范圍為（5.4～13.7）×10-6，平均值為11.31×10-6。欽州灣沉積物Pb和Cu有上升趨勢，Hg的含量較低。欽州灣海域沉積物重金屬平均含量依次為Zn(60.0) ＞ Pb(31.3) ＞Cu(19.8) ＞ As(11.31) ＞ Cd(0.083) ＞ Hg(0.046)。

3.2 單因子評價結(jié)果

根據(jù)單因子污染指數(shù)和多種污染物綜合指數(shù)對欽州灣重金屬污染現(xiàn)狀計算結(jié)果見表2

根據(jù)單個污染物污染程度分級，從表 2 可以看出欽州灣海域，C2、D1、E1的Zn為中污染，其余站位低污染；A1、A2、B2、C1、C2、D1、D3、D4、E1、E2、F站位的Pb為中污染，其余站位為低污染；A1、A2、C1、C2、D1、D3、D4、E2、F站位的Cu為中污染，其余站位為低污染；C3站位的Hg為中污染，其余站位為低污染；B1、B2、C2、D3、D4、E2站位的Cd為中污染，其余站位為低污染；A1、B1、C4、D1、D2、D4、E2、F站位的As為中污染，其余站位為低污染。從平均值上分析，6種重金屬污染程度依次為Cu（1.15）＞ Pb （1.14）＞As（0.93）＞Cd（0.92）＞ Zn（0.90）＞Hg（0.51）。

表2 欽州灣沉積物重金屬污染指數(shù)及綜合指數(shù)Tab. 2 Single factor and intergraded pollution index of heavy metals in Qinzhou Bay

表3 欽州沉積物潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果Tab. 3 Potential ecological risk assessment results of heavy metals in Qinzhou Bay

根據(jù)綜合污染程度分級，從表 2 可以看出欽州灣海域沉積物污染現(xiàn)狀為，B2、C1、C2、D1、D3、D4、E2、F站位為中污染，其余站位為低污染。各種污染物綜合效應(yīng)指數(shù)平均值為5.56，為較低中等程度污染。

3.3 潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果

根據(jù)單個污染物的潛在生態(tài)風(fēng)險公式和潛在生態(tài)風(fēng)險參數(shù)之和公式計算的和RI見表3。

根據(jù)單因子生態(tài)風(fēng)險程度指數(shù)，可以認(rèn)為Zn、Pb、Cu、As每個站位的潛在風(fēng)險參數(shù)均小于40，為低潛在生態(tài)風(fēng)險。C3 站位的Hg潛在風(fēng)險參數(shù)為40，為中潛在生態(tài)風(fēng)險，其余站位為低潛在生態(tài)風(fēng)險；B1、D3、D4 站位的 As 為中潛在生態(tài)風(fēng)險，其余站位為低潛在生態(tài)風(fēng)險。欽州灣海域沉積物中的重金屬對海洋生態(tài)系統(tǒng)的危害較低，各種重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)大小順序為 Cd （27.71）＞Hg（20.58）＞As（9.32）＞Cu（5.75）＞Pb（5.69）＞Zn（0.90）；其潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI平均值為69.95，根據(jù)總潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)分級，屬于低潛在生態(tài)危害的范疇。

3.4 討 論

沉積物重金屬含量與該灣的水位動力分選、沿岸河流注入、沿岸生活污水排放、沿岸工業(yè)廢物的排放等條件有關(guān)。欽州灣Pb、Cu的含量有上升趨勢，可能與沿岸臨海工業(yè)廢物排放有關(guān)系；而Hg評價結(jié)果較好，可能與分析方法和背景值有關(guān)；監(jiān)測站位B2、C1、C2、D1、D3、D4、E2、F污染物綜合效應(yīng)指數(shù)評價為中污染，可能與水動力條件有關(guān)。

欽州灣海域沉積物各種重金屬單因子指數(shù)污染程度依次為Cu（1.15）＞ Pb（1.14）＞As（0.93）＞ Cd（0.92）＞ Zn（0.90） ＞Hg（0.51）；而各種重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)大小順序為 Cd（27.71）＞Hg（20.58）＞As（9.32）＞Cu（5.75）＞Pb（5.69）＞Zn（0.90）；從兩種評價可以看出兩種結(jié)果的排列順序并不一致。其原因可能為：（1）由于各個重金屬的毒性響應(yīng)參數(shù)不同[9]；（2）因為某些重金屬元素雖然污染程度較高，但其具有親顆粒性，容易被懸浮物遷移進(jìn)入沉積物中礦化埋藏使它們對生物的毒性降低,因此對潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)貢獻(xiàn)較低[5]；（3）由于背景值的選擇，及背景值與現(xiàn)在監(jiān)測值的分析方法不同有關(guān)[10]；(4) 與分析研究方法有關(guān)。單因子評價指數(shù)與潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)之間的關(guān)系較復(fù)雜，值得深入研究。因此，將單因子指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法相結(jié)合，并加上相應(yīng)的生物或生態(tài)效應(yīng)指標(biāo)，才能較全面反映沉積物中重金屬的污染狀況[11]。

欽州灣沉積物總體質(zhì)量較好，應(yīng)該加大沿岸排放廢物處理力度，制定海洋環(huán)境保護(hù)的可行性措施，來保障海洋資源的合理利用及沿岸經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié) 論

通過對欽州灣表層沉積物中重金屬的污染現(xiàn)狀及其潛在生態(tài)風(fēng)險評價分析，獲得初步結(jié)論如下：

a) 欽州灣沉積物中Zn、Pb、Cu、As、Cd、Hg的平均含量分別為60.0 × 10-6、31.3 × 10-6、19.8 ×10-6、11.31 × 10-6、0.083 × 10-6、0.046 × 10-6；

b) 根據(jù)單因子重金屬污染指數(shù)和多種污染物的綜合效應(yīng)綜合指數(shù)表明：欽州灣海域沉積物各種重金屬單因子指數(shù)污染程度依次為Cu(1.15) ＞Pb(1.14) ＞ As(0.93) ＞ Cd(0.92) ＞ Zn(0.90) ＞Hg(0.51)，多種污染物的綜合效應(yīng)指數(shù)為5.56，為較低中等程度污染；

c) 根據(jù)單因子重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)和多個重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的評價結(jié)果表明：欽州灣海域沉積物中的重金屬對海洋生態(tài)系統(tǒng)的危害較低，各種重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)大小順序為 Cd(27.71) ＞ Hg(20.58) ＞ As(9.32) ＞ Cu(5.75) ＞Pb(5.69) ＞ Zn(0.90)；其潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)平均值RI為69.95，屬于低潛在生態(tài)危害的范疇。

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Pollution assessment and potential ecological risk evolution for heavy metals in the sediments of Qinzhou Bay

ZHANG Shao-feng, LIN Ming-yu, WEI Chun-lei, LIU Bao-liang, ZHANG Zhi-juan
(Beihai Marine Environmental Monitoring Center Station of SOA, Marine Monitoring and Forecast Center of Guangxi, Beihai 53600, China）

The sediments from Qinzhou Bay (Guangxi, China) were collected and the concentrations of Zn, Pb, Cu, Hg,Cd and As in the sediments were tested. The integrated pollution effect of heavy metals of these sediments was evaluated by the technique of single factor index and Hakanson potential ecological risk index．The results showed that the average concentration of Zn, Pb, Cu, As, Cd and Hg was 60.0×10-6、31.3×10-6、19.8×10-6、11.31×10-6、0.083×10-6、0.046×10-6,respectively． The sequence of single factor index is Cu (1.15) ＞ Pb (1.14) ＞As (0.93) ＞ Cd (0.92) ＞ Zn (0.90) ＞Hg (0.51).The average intergraded pollution index was 5.56，which was very slight middle pollution . The potential ecological risk was Cd (27.71) ＞ Hg (20.58) ＞ As (9.32) ＞ Cu (5.75) ＞ Pb (5.69) ＞ Zn (0.90) and the average potential ecological risk was 69.95，which indicated that Qinzhou Bay had low potential ecological risk．

Qinzhou Bay; sediment; heavy metal; potential ecological risk assessment

X55; P736.4+1

A

1001-6932(2010)04-0450-05

2009-05-31；

2009-12-24

張少峰（1981－），男，助理工程師，主要從事海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測研究。電子郵箱：unusualcenter@163.com