廣東陽西程村鎮(zhèn)紅樹林自然保護區(qū)沉積物重金屬污染及其來源分析

魏小輝，張昊晟

(中交廣州水運工程設計研究院有限公司，廣東 廣州 510220)

紅樹林具有重要的生態(tài)、經濟功能，在提供生物棲息地、預防減少風浪災害、促淤保灘、凈化大氣與海洋環(huán)境、維護海岸景觀等諸多方面發(fā)揮著重要的作用[1]。紅樹林沉積物受人類活動、入海河流等因素共同影響，具有較為復雜的重金屬沉積環(huán)境。研究表明，紅樹植物對重金屬有較強的富集能力[2]，紅樹林地內的有機物殘留碎屑亦對重金屬有較強的吸附作用[3]，又因紅樹林生長于海陸交界處，獨特的生存環(huán)境使其更容易成為重金屬污染匯集地[4]。此外，重金屬在自然環(huán)境中性質穩(wěn)定，通過食物鏈的轉運及富集，最終危害人類身體健康[5]。因此，紅樹林重金屬污染受到廣泛關注。廣東省陽江市陽西縣程村鎮(zhèn)是少數具有天然紅樹林地的地區(qū)，對其進行紅樹林沉積物重金屬含量測定、污染情況分析等研究，可為當地紅樹林保護與修復提供依據。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣東省陽江市陽西縣程村鎮(zhèn)紅樹林自然保護區(qū)內，屬亞熱帶海洋性季風氣候，年均太陽總輻射量111.56 kcal·cm-2，年均氣溫23 ℃。歷年最高潮位3.99 m (黃海高程，下同)，最低0.16 m，平均高潮位2.90 m，平均低潮位1.33 m，平均潮差1.57 m，潮型屬不規(guī)則半日潮，大潮每月二次，分別是農歷初一和十五，浪高一般1～2 m，臺風天氣時可達6～8 m。

2 材料與方法

2.1 樣品采集與處理

于2022 年10 月在陽西縣程村鎮(zhèn)紅樹林自然保護區(qū)分層采集0～30 cm 處沉積物樣品18 份。采樣時先將土壤表層落葉及其他雜物清理干凈，再使用潔凈的聚丙烯鏟子取0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 處泥質沉積物，去除根、葉等雜質后保存于聚乙烯密封袋內待測。

樣品由廣東省科學院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所檢測。Pb、Cd、Cr、Cu、Zn 和Ni 經HNO3-HF-HClO4全消解，采用電感耦合等離子發(fā)射光譜質譜法(ICP-MS)測定；Hg、As 用HCl-HNO3消解，采用原子熒光光譜法(AFS)測定。

2.2 重金屬污染評價方法

2.2.1 地累積指數法

地累積指數法(Geo-accumulation Index，Ig)是評價重金屬污染程度的方法，不僅考慮了自然過程造成的污染，而且能充分反映人類活動對重金屬污染的影響，常用于評價沉積物的重金屬污染水平[6]，其公式為：

式中，Ig表示地累積指數，可分為七個重金屬污染程度量級(表1)。Cn為測量重金屬元素n的質量分數(mg/kg)；Bn為重金屬元素的區(qū)域背景值，本研究采用中國海岸帶土壤背景值。

表1 地累積指數分級標準Table 1 Criteria for index of geo-accumulation

2.2.2 潛在生態(tài)風險指數法

潛在生態(tài)風險指數法(Potential ecological risk index，RI)根據重金屬性質與環(huán)境行為特點，對沉積物中重金屬污染進行評價[7]。其公式為：

式中，RI表示潛在生態(tài)風險指數；Eri為重金屬元素i 的潛在生態(tài)風險指數；Tri為重金屬毒性響應系數；Cfi為重金屬元素i的污染系數；Csi為測量重金屬元素i的質量分數；Cni為重金屬元素的區(qū)域背景值，本研究采用中國海岸帶土壤背景值。其中當Eri值小于40 時則視為輕微的單因子污染物潛在生態(tài)風險，當Eri值處于40 與80 之間時視為中等的單因子污染物潛在生態(tài)風險，當Eri值處于80 與160 之間時視為強的單因子污染物潛在生態(tài)風險，當Eri值處于160 與320 之間時視為較強的單因子污染物潛在生態(tài)風險，當Eri值大于320 時視為極強的單因子污染物潛在生態(tài)風險。當RI值小于150 時視為輕微的總潛在生態(tài)風險，當RI值處于150 與300 之間時視為中等的總潛在生態(tài)風險，當RI值處于300 與600 之間時視為強的總潛在生態(tài)風險，當RI值大于600 時視為較強的總潛在生態(tài)風險。

3 結果與分析

3.1 重金屬含量分析

程村鎮(zhèn)紅樹林自然保護區(qū)采樣點沉積物重金屬含量特征如表2 所示，所測8 種重金屬含量大小依次為Zn>Cr>Pb>Cu>Ni>As>Cd>Hg。通過變異系數可知，元素在不同深度處分布較為均勻，推測該地區(qū)沉積物中重金屬沉積趨勢較為一致。

表2 程村鎮(zhèn)紅樹林自然保護區(qū)沉積物重金屬含量特征Table 2 Content characteristics of heavy metal elements in sediments of Chengcun Town Mangrove Nature Reserve

將程村鎮(zhèn)紅樹林表層沉積物重金屬含量與國內其他地區(qū)紅樹林表層沉積物重金屬含量進行橫向對比，以判斷其表層沉積物重金屬含量水平(表3)。程村鎮(zhèn)紅樹林表層沉積物各類重金屬含量水平均在污染風險篩選值以內，Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As 略高于中國海岸帶背景值；其重金屬含量略高于霞山區(qū)、南三島、珍珠灣，略低于南山鎮(zhèn)、鎮(zhèn)海灣。綜合對比其他地區(qū)，程村鎮(zhèn)紅樹林表層沉積物重金屬含量處于中等水平。

表3 國內其他地區(qū)紅樹林沉積物重金屬含量Table 3 Contents of heavy metal elements in mangrove sediments of other areas of China

3.2 重金屬污染評價

應用地累積指數法評價程村鎮(zhèn)紅樹林自然保護區(qū)內沉積物重金屬污染水平(圖1)。程村鎮(zhèn)紅樹林沉積物重金屬Ig值分布較均勻，說明各點位沉積物污染情況近似。其中Pb、Hg 在所有采樣點測定的Ig值均在輕度污染范圍內；Cu 在部分表層(0～10 cm)沉積物中表現出無污染特征，其余深度均表現出輕度污染特征；Zn 在所有采樣點20～30 cm 深度表現出輕度污染特征；As 在20～30 cm 深度表現出輕度污染特征。綜上所述，該地區(qū)受重金屬污染程度較小，Pb、Hg 是造成輕度污染的主要來源。

圖1 紅樹林沉積物重金屬元素地累積指數Fig. 1 Geological accumulation index of heavy metal elements in mangrove sediments

3.3 重金屬潛在生態(tài)風險評價

應用潛在生態(tài)風險指數法對程村鎮(zhèn)紅樹林自然保護區(qū)內沉積物重金屬進行分析，結果如圖3。Cu、Zn、Ni、Pb、Cd、Cr、As 的Eri均值分別為8.2、1.5、4.5、9.3、5.0、1.9、13.1，均低于40，表現出輕微生態(tài)風險；Hg 在所有點位的Eri值大于80，表現出強生態(tài)風險。綜上所述，該地區(qū)重金屬Hg 造成了強生態(tài)風險。而總體的重金屬潛在生態(tài)風險指數RI均值為128.5，處于輕微水平，說明污染程度較小。

圖2 紅樹林沉積物重金屬元素潛在生態(tài)風險指數Fig. 2 Potential ecological hazard index of heavy metal elements in mangrove sediments

3.4 重金屬來源分析

3.4.1 重金屬相關性分析

對程村鎮(zhèn)紅樹林沉積物重金屬含量進行Pearson相關性分析，通過單尾t 檢驗(sig.<0.05)進行顯著性檢驗。結果表明，除Cu-As、Cr-As 外，其他各元素之間均呈現出正相關，說明Cu-As、Cr-As 來源相異(表4)；在統(tǒng)計的8 種元素中，Zn、Ni、Pb、Cd、Cr之間的相關系數在0.7 以上(Pb-Cr 除外)，呈現出較強的相關性，說明這5 種重金屬元素具有相似的來源；Cu、Hg、As 與其他元素間相關性弱，推測其來源與其他金屬不同，這與2014～2016 年間廣東省沿海沉積物重金屬相關數據分析的結果一致[14]。

表4 紅樹林沉積物重金屬相關性分析Table 4 Correlation analysis of heavy metals in mangrove sediments

表5 紅樹林沉積物重金屬因子載荷Table 5 Factorial loading of heavy metals in mangrove sediments

3.4.2 重金屬主成分分析

通過主成分分析得知，前兩個因子累計貢獻率達79.754%，可以反映數據信息。其中，因子1 的方差貢獻率為59.310%，其中Zn、Ni、Pb、Cd、Cr具有較高的正載荷，與相關性分析結果相似。該地區(qū)居民生活污水大多直接排放入海[15]，且當地多養(yǎng)殖生蠔，大量船只停泊在入?？冢鳳b 污染主要與船舶排污、零件損耗等相關[16]。由此推測因子1 主要反映人類活動對研究區(qū)域造成污染。因子2 的方差貢獻率為20.443%，其中Hg、As 具有較高的正載荷。在紅樹林地內Hg 含量與pH、粒度、有機質等呈顯著正相關，其分布是眾多環(huán)境因素和人類活動共同作用的結果。當地少有工業(yè)區(qū)，具有較多的養(yǎng)殖塘，有機質、餌料、化肥等過度使用均可能引發(fā)重金屬污染[17]。因此推測因子2 主要反映自然因子及有機質、餌料、化肥等輸入造成的影響。

4 結論

(1) 程村鎮(zhèn)紅樹林自然保護區(qū)重金屬污染受人類活動影響較大，其重金屬含量依次為Zn>Cr>Pb>Cu>Ni>As>Cd>Hg，均低于土壤污染風險值。Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As 略高于中國海岸帶背景值，與國內其他地區(qū)相比，污染程度處于中等水平。

(2) 保護區(qū)內整體處于輕度污染，Pb、Hg 是污染的主要來源；總生態(tài)風險指數處于輕微水平，污染程度較小，其中Hg 表現出強生態(tài)風險。

(3) 通過主成分分析，推測保護區(qū)內污染主要來源為人類活動造成的，需要控制重金屬輸入，重點關注Hg 污染。