嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)表層沉積物重金屬污染、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及變化趨勢(shì)分析

張亮，曹叢華，任榮珠，孫濱，宿凱，林森，屈文

（國(guó)家海洋局北海預(yù)報(bào)中心，山東 青島266033）

嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)表層沉積物重金屬污染、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及變化趨勢(shì)分析

張亮，曹叢華，任榮珠，孫濱，宿凱，林森，屈文

（國(guó)家海洋局北海預(yù)報(bào)中心，山東 青島266033）

根據(jù)2009年9月嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)海域表層沉積物重金屬監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用Hakanson生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)其重金屬污染特征，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并對(duì)其變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：該傾倒區(qū)海域重金屬綜合污染程度和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性均較低，傾倒區(qū)主要潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子為Cd和Hg。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（ERI）表明該傾倒區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度順序?yàn)椋?006年>2009年>2004年>2008年>2000年，與2008年相比，2009年潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（ERI）有所增加，其中重金屬Cd和Hg的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（）有較大增加。

嵐山港；傾倒區(qū)；沉積物；重金屬污染；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

Abstract：Based on the monitoring data of the heavy metals in September 2009, the pollution status and the potential ecological risk of the heavy metals in Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site were studied by using the Hakanson ecological risk index, and the variation trend of ERI was analyzed.The results showed that the integrated contamination level and the potential ecological risk of the heavy metals were low in the surface sediments of Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site.The Cd and Hg were key factors of the potential ecological risk in dumping site.The variation trends of ERI showed the order of ecological risk degree was 2006>2009>2004>2008>2000, In 2009, it was higher than that of 2008, and theof Cd and Hg had a larger increase.

Keywords：Lanshan Port; dumping site; sediments; heavy metal contamination; ecological risk evaluation

嵐山港位于日照市東南部，黃海海州灣北角，是魯東南與蘇北交界處的唯一港口，是全國(guó)最大的鎳礦交易中心，江北重要的液化品集散地，山東省最大的木材中轉(zhuǎn)基地和交易市場(chǎng)，是全國(guó)沿海一類開放口岸和區(qū)域性重要港口。

嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)于 2000年選劃，并于2003年底經(jīng)國(guó)家海洋局北海分局批準(zhǔn)啟用，傾倒區(qū)面積為314 hm2。該臨時(shí)傾倒區(qū)的疏浚物主要來(lái)自嵐山港日常建設(shè)外拋以及來(lái)自港池、回旋水域與航道的疏浚物。由于工業(yè)、城市排污的影響，港灣航道疏浚物往往不同程度的被石油類、重金屬及持久性有機(jī)物污染[1]，受重金屬污染的疏浚物進(jìn)入水體，對(duì)水生生物易造成致死、致畸、致突變的“三致”效應(yīng)[2,3]，進(jìn)入水體的重金屬大部分轉(zhuǎn)移至懸浮顆粒物和底層沉積物中，累積的重金屬在一定條件下又釋放進(jìn)入上覆水成為二次污染源，此外，通過(guò)生物富集和放大作用，重金屬會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成直接和間接的威脅[4]，因此，具有源和匯雙重作用的沉積物在重金屬污染評(píng)價(jià)中至關(guān)重要[5]，全球首屆沉積物質(zhì)量評(píng)價(jià)會(huì)議強(qiáng)調(diào)了沉積物風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的重要性，并把重金屬列為主要評(píng)價(jià)因子之一[6]。

嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)自啟用至今已有7年，截至2009年底，傾倒疏浚物達(dá)到566.837萬(wàn)m3，2009年傾倒量61.19萬(wàn)m3。那么該傾倒區(qū)表層沉積物重金屬污染情況如何，是否存在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，這些需要我們?nèi)パ芯俊?/p>

本文以2009年9月該傾倒區(qū)的表層沉積物的監(jiān)測(cè)資料為基礎(chǔ)，采用沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)該傾倒區(qū)沉積環(huán)境中重金屬污染特征，可能存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化趨勢(shì)進(jìn)行了研究，對(duì)合理安排港池、航道及其它海洋海岸工程疏浚物傾倒，維護(hù)嵐山港口航道的發(fā)展和海洋海岸工程建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，從而更好的保護(hù)海洋環(huán)境和資源，防止沉積物中重金屬的再次釋放造成二次污染，繼續(xù)科學(xué)合理地使用該海洋傾倒區(qū)。

1 材料與方法

1.1 采樣與分析

表層沉積物樣品采用曙光采泥器（張口面積0.05 m2）采集，分別于2000年，2004年，2006年，2008年及2009年在嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)及周圍海域跟蹤監(jiān)測(cè)的7個(gè)監(jiān)測(cè)站位（2000年，2004年和2006年調(diào)查站位為5、6、7、8、9號(hào)站5個(gè)監(jiān)測(cè)站位）采集樣品，采樣站位布置，其中5號(hào)站在傾倒區(qū)中心，LQ7號(hào)站在傾倒區(qū)南側(cè)邊緣，其余站點(diǎn)分布于傾倒區(qū)周圍，如圖1所示。采樣深度在10cm~15 cm之間，用塑料勺從采泥器耳蓋中仔細(xì)取上部0cm~2 cm的沉積物，其中測(cè)定銅、鉛、鋅、鎘、鉻的樣品放入干凈的聚乙烯袋中，扎緊袋口保存；測(cè)定汞的樣品盛入500 mL磨口廣口瓶中，密封瓶口保存。

沉積物樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，置于烘箱內(nèi) 105℃（Hg樣品40-60℃）恒溫烘干，并用瑪瑙研缽研磨后過(guò)160目篩供分析備用。重金屬監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有：Cu、Pb、Zn、Cd、Cr和Hg。稱取0.1 g烘干樣品，經(jīng)HN03-HCl04消解后，采用日本島津AA-6300型原子吸收分光光度計(jì)用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定樣品中 Zn含量；用石墨爐原子吸收測(cè)定樣品中的Cu、Pb、Cd和Cr的含量；稱取0.1 g烘干樣品，經(jīng)硝酸-鹽酸消解后，采用XGY-1011A型原子熒光光度計(jì)用原子熒光法測(cè)定Hg的含量，具體分析方法參見《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB17378.5-2007）[7]。分析過(guò)程使用黃海海洋沉積物成份分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW07333）作內(nèi)控樣進(jìn)行質(zhì)量控制，測(cè)定沉積物樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10.0%，相對(duì)誤差均小于8.5%。

粒度的測(cè)定，稱取 20 g左右烘干的沉積物樣品，撿出明顯異物，加偏磷酸鈉浸泡8 h后過(guò)水篩，采用綜合法（篩析法和沉析法）測(cè)定，具體分析方法參見《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB/T l2763.8-2007）[8]

圖1 表層沉積物采樣站位圖（圓圈處為傾倒區(qū)位置）Fig.1 Sampling stations of Surface Sediments（The circle indicates the Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site）

1.2 評(píng)價(jià)方法

采用瑞典學(xué)者Hakanson提出的沉積物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法（ERI）[9]進(jìn)行評(píng)價(jià)，其計(jì)算公式為：

表1, ,與污染程度或潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度的關(guān)系Tab.1 Relationships of ,, ,ERI and pollution levels, potential ecological risk degrees

表1, ,與污染程度或潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度的關(guān)系Tab.1 Relationships of ,, ,ERI and pollution levels, potential ecological risk degrees

指標(biāo) 污染程度或潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度＜1 ≥1，＜3 ≥3，＜6 ≥6 i f C 低污染 中污染 較高污染 很高污染＜6 ≥6，＜12 ≥12，＜24 ≥24 Cd 低污染 中污染 較高污染 很高污染＜25 ≥25，＜50 ≥50，＜100 ≥100，＜200 ≥200 i r E低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)中潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)很高潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)＜110 ≥110，＜220 ≥220，＜440 ≥440 ERI 低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)中潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)很高潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

1.2.1 評(píng)價(jià)中各參數(shù)的確定

1.2.1.1 評(píng)價(jià)要素的確定 在本研究中選取Cu、Pb、Zn、Cd、Cr和Hg 6種重金屬污染要素參加評(píng)價(jià)。

1.2.1.2 參比值的確定 目前各國(guó)學(xué)者對(duì)參比值的選擇各不相同，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，如何孟常等[10]采用當(dāng)?shù)爻练e物重金屬背景值作參比，而Hakanson[9]，陳靜生等[11]選取現(xiàn)代工業(yè)化前沉積物重金屬的最高背景值為參比值，為反映特定區(qū)域的差異性，定量地反映出污染程度，避免采用大尺度平均參考值的偏差，本文選取黃海沉積物中重金屬的背景值[12]做參比來(lái)評(píng)價(jià)嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)表層沉積物中重金屬的綜合污染情況。

1.2.2 不同重金屬對(duì)ERI的貢獻(xiàn)率 用某一重金屬各站的平均值除以各站 ERI的平均值，計(jì)算不同重金屬對(duì)ERI的貢獻(xiàn)率。

1.3 表層重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化趨勢(shì)分析

根據(jù)2000年、2004年、2006年、2008年和2009年嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)重金屬調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)該傾倒區(qū)表層沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化趨勢(shì)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 表層沉積物重金屬污染現(xiàn)狀分析

由表2可知，嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)表層沉積物重金屬綜合污染指數(shù)范圍為 3.03～3.61，平均值為3.33，處于低污染程度，可見該傾倒區(qū)海域表層沉積物綜合質(zhì)量狀況較好。

該傾倒區(qū)海域表層沉積物中各種重金屬元素的平均污染程度由大到小依次為：Cd >Hg >Cu >Cr >Pb >Zn。其中重金屬Cd的污染指數(shù)最高，有86%的監(jiān)測(cè)站位Cd的含量均超過(guò)背景值，污染程度為中污染，其余重金屬Cu、Pb、Zn、Cr和Hg在該海域表層沉積物中含量均低于背景值含量，污染程度為低污染，表明嵐山海洋臨時(shí)傾倒區(qū)海域表層沉積物中的Cd存在一定的污染。

從重金屬污染的空間分布總體上傾倒區(qū)南部海區(qū)高于北部海區(qū)，從東部海區(qū)向西部海區(qū)降低的趨勢(shì)。根據(jù)跟蹤監(jiān)測(cè)水深的結(jié)果分析，受傾倒物的影響，測(cè)量區(qū)總體分布趨勢(shì)為西高東低，傾倒區(qū)東部海底沉積物有所積累，從而使傾倒區(qū)東部海域沉積物重金屬含量有所增加。另外，根據(jù)嵐山驗(yàn)潮站資料分析，該海域?qū)儆谡?guī)半日潮流類型，潮流的運(yùn)動(dòng)形式為往復(fù)流；根據(jù)北海預(yù)報(bào)中心對(duì)該海域海流的調(diào)查資料顯示，該海域漲潮流流向主要集中出現(xiàn)在西南向，落潮流流向主要集中出現(xiàn)在東北向，漲潮流平均流速大于落潮流平均流速；根據(jù)該傾倒區(qū)海域的流場(chǎng)模擬資料，對(duì)對(duì)沉積物遷移起主要作用的是余流，該海域余流大致為南向，可能在海流的作用下使傾倒物從北向南遷移，導(dǎo)致重金屬含量?jī)A倒區(qū)南部海區(qū)略高于北部海區(qū)。同時(shí)，由于沉積物粒度是控制沉積物重金屬分布特征的重要參數(shù)[13]，因此結(jié)合對(duì)該海域沉積物粒度的調(diào)查結(jié)果，調(diào)查海域沉積物類型主要為黏土質(zhì)粉砂和粉砂質(zhì)黏土，其中該傾倒區(qū)海域南部的7號(hào)站和東部6號(hào)站為粒徑較小的粉砂質(zhì)黏土，西部的 8、9號(hào)站，中部的5、LQ7號(hào)站為粒徑稍大的黏土質(zhì)粉砂，由于重金屬元素主要富集在細(xì)顆粒沉積物，因此粒度的分布情況與重金屬的分布特征基本吻合。

表2 嵐山臨時(shí)傾倒區(qū)海域沉積物重金屬污染程度及分布狀況Tab.2 Distribution of sediment heavy metals pollution extent in Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site

2.2 重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

表3給出了嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)海域所有監(jiān)測(cè)站位的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，從總體污染程度上看，該傾倒區(qū)海域所有監(jiān)測(cè)站位的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)ERI值范圍在51.06~72.50，平均值為62.51，都在 80以下，遠(yuǎn)小于110，所以該海域表層沉積物重金屬對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)較低。

重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性最高的測(cè)站為8號(hào)站，最低為9號(hào)站。從空間分布上看，總體上傾倒區(qū)南部海域的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)要高于北部海域，這與重金屬污染現(xiàn)狀分析的結(jié)果相一致。

綜合上述兩種評(píng)價(jià)結(jié)果，可以看出，從污染程度角度看，嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)海域表層沉積物重金屬元素污染的排列順序?yàn)椋篊d>Hg>Cu>Cr>Pb>Zn；從生態(tài)危害的角度看，各重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性排列順序?yàn)椋篊d>Hg>Cu>Pb>Cr>Zn，可以看出兩種結(jié)果的排列順序并不完全一致，這可能是由于有些重金屬元素具有親顆粒性，容易被懸浮物遷移進(jìn)入沉積物中礦化埋藏，使它們對(duì)生物的毒性降低[14]，同時(shí)，各種金屬元素對(duì)海洋生物的毒性不同，污染程度較高的不一定對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害就高，因此，只有把兩種方法相結(jié)合，才能更全面的反映沉積物重金屬的污染特征和對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的危害性。

圖2 不同重金屬對(duì)ERI的貢獻(xiàn)率Fig.2 Contribution of different heavy metals for potential ecological risk index

2.3 不同重金屬對(duì)ERI的貢獻(xiàn)率

從圖2可以看出Cd、Hg是嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū) 2009年的主要污染重金屬，其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的貢獻(xiàn)率分別到達(dá)了49.8%和40.9%，共占所有重金屬貢獻(xiàn)率的90.7%，Cr、Zn的貢獻(xiàn)率最小，只分別占l.3%和0.5%，因此，Cd、Hg為嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)海域的主要風(fēng)險(xiǎn)因子，對(duì)海洋生態(tài)具有較高的潛在生態(tài)危害性。因此，在今后疏浚物的管理中應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)Cd、Hg的監(jiān)測(cè)。

2.4 表層沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化趨勢(shì)分析

圖3給出了2000年—2009年單個(gè)重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)及綜合重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的年際變化趨勢(shì)。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（ERI）表明該傾倒區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度順序?yàn)椋?006年>2009年>2004年>2008年>2000年，2006年潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（ERI）最高，與2008年相比，2009年潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（ERI）有所增加，各重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（）也有不同程度的增加，其中重金屬Cd和Hg的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（）增加最大，而重金屬Cu、Pb、Zn、Cr的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（）略有增加，結(jié)合該傾倒區(qū)歷年的傾倒量（圖4）分析，可能是傾倒量的變化造成了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（ERI）的變化。

表3 嵐山臨時(shí)傾倒區(qū)海域沉積物重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Tab.3 Potential ecological risk factors and index of sediment heavy metals in Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site

圖3 單個(gè)重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及綜合潛在生態(tài)污染指數(shù)的年際變化Fig.3 Inter-annual variation of ERI and

圖4 嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)疏浚物歷年傾倒量Fig.4 Dumping amount of Dredged materials of Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site in each year

3 結(jié) 論

1）從污染程度角度分析，嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)海域表層沉積物重金屬元素污染的排列順序?yàn)椋篊d>Hg>Cu>Cr>Pb>Zn，其中Cd的污染指數(shù)最高，為中等污染程度，其余重金屬污染程度為低污染；

2）從生態(tài)危害的角度分析，各金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性排列順序?yàn)椋篊d>Hg >Cu>Pb>Cr>Zn，其中 Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)平均值最高，Hg次之，均具有中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；其余重金屬為低等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；

3）Cd、Hg為嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)海域的主要風(fēng)險(xiǎn)因子，總體上該傾倒區(qū)表層沉積物重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性較低，沉積物環(huán)境綜合質(zhì)量較好；

4）2000年至2009年嵐山港海洋臨時(shí)傾倒區(qū)表層沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（ERI）表明該傾倒區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度順序?yàn)椋?006年>2009年>2004年>2008年>2000年。

因此，今后傾倒單位人員應(yīng)增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，確保傾倒到位；監(jiān)管部門要加強(qiáng)傾倒區(qū)的管理和監(jiān)管工作，并特別注意加強(qiáng)對(duì)Cd、Hg的監(jiān)測(cè)，保證該海洋傾倒區(qū)的安全、合理使用。

致謝：感謝日照、青島海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站的各位同事在出海調(diào)查及實(shí)驗(yàn)分析中的大力支持，在此一并致謝。

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Evaluation on heavy metals contamination, potential ecological risk evalution and analysis of the variation trends in the surface sediments of Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site

ZHANG Liang, CAO Cong-hua, REN Rong-zhu, SUN Bin, SU Kai, LIN Sen, QU Wen

(North China Sea Marine Forecasting Center of State Oceanic Administration, Qingdao 266033, China)

X826

A

1001-6932(2011)02-0235-06

2010-03-22；收修改稿日期：2010-08-26

張亮（1978-），男，山東淄博人，助理工程師，碩士，主要從事海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)方面研究。電子郵箱：zhangliang@nmfc.gov.cn。