中街山列島國(guó)家級(jí)海洋特別保護(hù)區(qū)海域表層沉積物重金屬污染狀況及變化趨勢(shì)分析

胡益峰，蔣 紅

（1.國(guó)家海洋局東海分局舟山海洋工作站 舟山 316104；2.舟山市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心 舟山 316104；3.中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境學(xué)院 青島 266033）

中街山列島國(guó)家級(jí)海洋特別保護(hù)區(qū)海域表層沉積物重金屬污染狀況及變化趨勢(shì)分析

胡益峰1，2，3，蔣 紅1，2

（1.國(guó)家海洋局東海分局舟山海洋工作站 舟山 316104；2.舟山市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心 舟山 316104；3.中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境學(xué)院 青島 266033）

根據(jù)2009—2011年普陀中街山列島海洋特別保護(hù)區(qū)海域表層沉積物重金屬的監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)沉積物的Hg、As、Cu、Pb、Cd 5種重金屬元素進(jìn)行了污染狀況及變化趨勢(shì)分析，結(jié)果表明：沉積物重金屬含量符合國(guó)家海洋沉積物質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)，Cu和Pb的含量相差不大，且含量明顯高于其他3種重金屬元素，其次由大到小依次為As、Cd、Hg，5種重金屬含量的年際變化也略有不同。5種重金屬的污染指數(shù)由大到小依次為Cu、As、Cd、Pb、Hg，Cu含量近3年來污染指數(shù)均大于0.79，應(yīng)引起重視和加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。5種重金屬的單個(gè)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均為低，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)由大到小依次為Cd、As、Hg、Cu、Pb，5種重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平也為低。

中街山列島；海洋特別保護(hù)區(qū)；表層沉積物；重金屬；污染；趨勢(shì)

舟山普陀中街山列島國(guó)家級(jí)海洋特別保護(hù)區(qū)位于浙江北部海域［1］，于2006年5月經(jīng)由國(guó)家海洋局批準(zhǔn)建立，保護(hù)區(qū)總面積202.9 km2，其中海域面積192.42 km2。保護(hù)區(qū)隸屬于普陀區(qū)東極鎮(zhèn)，區(qū)內(nèi)有黃興島、廟子湖島、青浜島、東福山等4個(gè)有居民海島和41個(gè)無居民海島。保護(hù)區(qū)所處的中街山列島位于杭州灣外緣，橫貫整個(gè)舟山漁場(chǎng)，呈WE向狹長(zhǎng)形排列，分布在東西51.2 km，南北13.7 km的海域中。北為岱巨洋，南為黃大洋，西靠大長(zhǎng)涂山，西隔小板門與岱山東部相鄰，東至兩兄弟嶼（外甩），占據(jù)了我國(guó)沿海南北航線和長(zhǎng)江“黃金水道”交匯的咽喉要沖，是長(zhǎng)三角地區(qū)走向世界的海上走廊。保護(hù)區(qū)內(nèi)豐富的漁業(yè)資源（魚、貝、藻類等）、鳥類資源、島礁資源、旅游景觀及其所處的獨(dú)特而敏感的海洋生態(tài)系統(tǒng)都是保護(hù)區(qū)的主要保護(hù)對(duì)象。目前，關(guān)于普陀中街山列島海洋特別保護(hù)區(qū)海域表層沉積物重金屬污染狀況的評(píng)價(jià)研究鮮有報(bào)道，僅有任敏等［2］對(duì)中街山列島附近海域的環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)價(jià)與分析。本研究根據(jù)2009—2011年的重金屬監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)普陀中街山列島海洋特別保護(hù)區(qū)海域近3年來表層沉積物重金屬的污染狀況及變化趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為及時(shí)掌握保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、合理利用保護(hù)區(qū)資源、更好地保護(hù)海洋環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣站位與樣品采集

普陀中街山列島海洋特別保護(hù)區(qū)海域共布設(shè)7個(gè)沉積物監(jiān)測(cè)站位。2009—2011年每年的8月進(jìn)行一次表層沉積物采樣，使用0.05 m2的曙光抓斗式采泥器采集，取0～2 cm的表層樣品，以備實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)用。

1.2 分析方法

對(duì)沉積物Pb、Cu、Cd、Hg、As 5種重金屬元素的含量進(jìn)行分析。沉積物樣品的貯存及運(yùn)輸嚴(yán)格按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》第3部分（GB 17378.3）中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，沉積物的預(yù)處理、重金屬分析嚴(yán)格按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》第5部分（GB17378.5）的規(guī)定和分析方法進(jìn)行，樣品經(jīng)微波消解后，Hg和As用原子熒光法測(cè)定，Pb、Cu和Cd用原子吸收分光光度法測(cè)定。

1.3 評(píng)價(jià)方法與評(píng)價(jià)等級(jí)

目前，國(guó)際上有關(guān)沉積物中重金屬研究的先進(jìn)方法主要有地積累指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法、回歸過量分析法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法、底棲生物評(píng)價(jià)方法和數(shù)據(jù)計(jì)算方法等［3］。以往沉積物環(huán)境評(píng)價(jià)基本采用單因子評(píng)價(jià)法、綜合指數(shù)法［4－5］，此類方法比較簡(jiǎn)單，不能充分真實(shí)地反應(yīng)海域沉積物環(huán)境質(zhì)量狀況。根據(jù)本研究的特點(diǎn)，對(duì)沉積物重金屬的含量水平進(jìn)行了分析并運(yùn)用瑞典科學(xué)家Hakanson［6］提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)重金屬的潛在污染狀況進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，應(yīng)用該方法，篩選出了主要的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子，并對(duì)重金屬的污染程度、綜合污染效應(yīng)和變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。

1.3.1 重金屬含量單因子評(píng)價(jià)

對(duì)普陀中街山列島海洋特別保護(hù)區(qū)表層沉積物重金屬的含量狀況進(jìn)行分析，并根據(jù)《海洋沉積物質(zhì)量》第一類標(biāo)準(zhǔn)值，采用污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，其計(jì)算公式為Pi＝Ci/Csi。式中，Pi為第i種重金屬的污染指數(shù)，Ci為第i種重金屬的實(shí)測(cè)值，Csi為第i種重金屬的標(biāo)準(zhǔn)值。Pi≤1時(shí)，符合標(biāo)準(zhǔn)；Pi＞1時(shí)，含量超標(biāo)。沉積物質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)值Cu≤35.0×10－6、Pb≤60.0×10－6、Cd≤0.50×10－6、Hg≤0.20×10－6、As≤20.0×10－6。

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

本研究采用瑞典學(xué)者Hakanson提出的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)沉積物重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。該方法是劃分沉積物污染程度及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的一種快速、簡(jiǎn)便且是目前國(guó)內(nèi)外沉積物質(zhì)量評(píng)價(jià)應(yīng)用最為廣泛的方法之一［7］。

定義單個(gè)重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為

Eir＝Tir×Cif＝Tir×Ci/Cin

式中：Eir為單個(gè)重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，等級(jí)劃分見表1；Tir為第i種重金屬的毒性響應(yīng)參數(shù)，用于反映單個(gè)重金屬的毒性水平和生物對(duì)污染物的敏感程度，根據(jù)Hakanson制定的Hg、As、Pb、Cu、Cd的毒性相應(yīng)參數(shù)分別為40、10、5、5、30；Cif為第i種重金屬的污染系數(shù)；Ci為沉積物中第i種重金屬的實(shí)測(cè)濃度；Cin為沉積物重金屬的背景參比值，采用Hakanson提出的工業(yè)化前全球沉積物的最高背景值為參比值，Hg、As、Pb、Cu、Cd分別取0.25、15、70、50、1.0。

表1 單個(gè)重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)與分級(jí)關(guān)系

5種重金屬總的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為

Et為5種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，等級(jí)劃分見表2。

表2 5種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)與分級(jí)關(guān)系

2 結(jié)果與討論

2.1 沉積物重金屬含量分析

由表3中沉積物的監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，2009—2011年普陀中街山列島海洋特別保護(hù)區(qū)表層沉積物重金屬Hg、As、Cu、Pb和Cd的含量變化范圍分別為（0.042～0.058）×10－6、（11.2～13.9）×10－6、（27.1～33.0）×10－6、（23.5～31.2）×10－6、（0.23～0.39）×10－6，與國(guó)家海洋沉積物質(zhì)量第一類標(biāo)準(zhǔn)相比，5種重金屬的含量均符合一類標(biāo)準(zhǔn)。在含量大小上，Cu和Pb的含量相差不大，且含量明顯高于其他3種重金屬元素，其次由大到小依次為As、Cd、Hg，這與嵊泗赤潮監(jiān)控區(qū)表層沉積物重金屬含量大小的排序相同［8］。

表3 表層沉積物重金屬的含量×10－6

沉積物重金屬含量年際變化情況見圖1和圖2。從圖1和圖2可以看出，5種重金屬含量的年際變化略有不同。Hg、As和Pb含量比較穩(wěn)定，無明顯變化，其中Hg呈略微下降趨勢(shì)，As后兩年含量持平，Pb含量略微升高趨勢(shì)；Cd含量由大到小依次為2009年、2011年、2010年，是先降后升；Cu含量則逐年略有降低的趨勢(shì)。

圖1 沉積物Hg和Cd含量的變化

圖2 沉積物As，Cu和Pb含量的變化

沉積物重金屬污染指數(shù)大小分析見表4。由表4可看出，2009—2011年普陀中街山列島海洋特別保護(hù)區(qū)沉積物重金屬平均污染指數(shù)由大到小依次為Cu、As、Cd、Pb、Hg，與其含量排序略有不同。重金屬的污染指數(shù)均小于1，表明沉積物質(zhì)量狀況良好，符合國(guó)家海洋沉積物質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)。

表4 表層沉積物重金屬年平均污染指數(shù)

相對(duì)其他4種重金屬元素，Cu的污染指數(shù)較高，近3年來污染指數(shù)均大于0.79，尤其是2009年污染指數(shù)達(dá)到了0.88，應(yīng)引起相應(yīng)重視。

2.2 重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況分析

普陀中街山列島海洋特別保護(hù)區(qū)表層沉積物重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果見表5。從表5可以看出，2009—2011年5種重金屬的單個(gè)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Eir均小于40，屬于低風(fēng)險(xiǎn)；5種重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Et均小于150，表層沉積物的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也為低水平，年際變化呈略微下降趨勢(shì)。5種重金屬在2009—2011年連續(xù)3年的平均潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)由大到小依次為Cd、As、Hg、Cu、Pb，這與該5種重金屬含量大小排序不同，這可能是因?yàn)橛行┪廴疽鼐哂杏H顆粒性，雖然其污染程度較高，但卻容易被懸浮物遷移而進(jìn)入沉積物中被礦化埋藏，降低了對(duì)生物的毒性，從而降低了其潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度［9］。

研究海域不同，重金屬的潛在風(fēng)險(xiǎn)也不同。根據(jù)蔣紅等［10］的研究，舟山南部近岸海域重金屬的潛在風(fēng)險(xiǎn)由大到小依次為Hg、Cd、Cu、Pb、As，與本研究的排序不同。這主要是因?yàn)橹亟饘僭诔练e物中的蓄積、釋放、遷移等是個(gè)復(fù)雜的過程，廉雪瓊等［11］研究表明：沉積物重金屬含量與有機(jī)質(zhì)存在一定的相關(guān)性，另外，還與沉積物的粒度、物理化學(xué)性質(zhì)、物質(zhì)組成等有關(guān)［12］。因此，只有把各污染物在沉積環(huán)境中的累積程度與其對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的潛在生態(tài)危害程度結(jié)合起來進(jìn)行分析，才能全面判斷出表層沉積物中污染物的污染程度和污染狀況。

表5 表層沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）2009—2011年普陀中街山列島海洋特別保護(hù)區(qū)表層沉積物重金屬Hg、As、Cu、Pb和Cd的含量符合國(guó)家海洋沉積物質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)。含量大小上，Cu和Pb的含量相差不大，且含量明顯高于其他3種重金屬元素，其次由大到小依次為As、Cd、Hg，5種重金屬含量的年際變化也略有不同。

（2）普陀中街山列島海洋特別保護(hù)區(qū)5種重金屬的污染指數(shù)由大到小依次為Cu、As、Cd、Pb、Hg，相對(duì)其他4種重金屬，Cu的污染指數(shù)較高，近3年來污染指數(shù)均大于0.79，污染指數(shù)最大，應(yīng)引起重視和加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

（3）普陀中街山列島海洋特別保護(hù)區(qū)Hg、As、Cu、Pb和Cd 5種重金屬各自的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均為低，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)由大到小依次為Cd、As、Hg、Cu、Pb，5種重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平也為低。

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