東寨港紅樹(shù)林沉積物重金屬的垂向分異及污染評(píng)價(jià)

鄒燁燔+李勇+趙志忠+季一諾+吳丹

摘要：采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定東寨港紅樹(shù)林15個(gè)表層沉積物樣點(diǎn)中8種重金屬元素（Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb）的濃度，分析重金屬元素的垂向分異規(guī)律及近幾年?yáng)|寨港紅樹(shù)林沉積物的重金屬含量變化情況，并應(yīng)用地質(zhì)累積指數(shù)法對(duì)該區(qū)重金屬的污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：東寨港表層沉積物中8種重金屬濃度由高到低依次是Cr>Zn>Ni>Cu>Pb>Co>As>Cd；隨著沉積物深度增加，Cu、Zn、As、Pb的濃度逐漸減小，Cr的表層濃度略低于中層和下層，Ni、Cd的中層濃度略高于上層和下層。地質(zhì)累積指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，QT-1-01、QT-1-02、QT-2、GN-1、GN-2、GN-3這6個(gè)采樣點(diǎn)污染程度較嚴(yán)重，產(chǎn)生污染的重金屬是Cd和As，污染程度分別為偏重度和輕度-偏中度污染。

關(guān)鍵詞：重金屬；紅樹(shù)林；沉積物；垂向分異；地質(zhì)累積指數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：X825 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2014）08-0327-04

紅樹(shù)林是生長(zhǎng)發(fā)育于熱帶及亞熱帶海岸潮間帶、受周期性潮水淹浸、由常綠喬木灌木組成的、具有抗鹽性潮灘濕地木本植物群落^[1-2]。它蘊(yùn)含豐富的生物資源，具有重要的生態(tài)服務(wù)功能，可為林區(qū)微生物、動(dòng)物提供食物、營(yíng)養(yǎng)、保育棲息環(huán)境，支撐河口的重要食物鏈^[1]。除此之外，紅樹(shù)林還具有防風(fēng)防浪、保護(hù)和塑造海岸地貌沉積環(huán)境、凈化水質(zhì)等功能^[3-4]，是地球上生產(chǎn)力最高、生物多樣性最豐富、最具價(jià)值的濕地生態(tài)系統(tǒng)之一^[5]。紅樹(shù)林沉積物主要由黏土礦物、活性金屬氧化物、有機(jī)質(zhì)組成，這種沉積物顆粒因其巨大的比表面積，使之比一般潮灘更易吸附具有生物毒性的重金屬元素，成為水體各種污染的源和匯^[6]。由于這種賦存并不是單向不變的，當(dāng)水體環(huán)境改變或在生物作用下，沉積物中的重金屬元素極有可能被再次釋放到水體中，造成二次污染^[7]。因此，對(duì)紅樹(shù)林沉積物重金屬地球化學(xué)特征的研究，可為紅樹(shù)林重金屬污染的綜合治理提供理論依據(jù)和方法指導(dǎo)，為紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)的管理、保護(hù)和恢復(fù)提供參考資料。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

海南島東寨港紅樹(shù)林位于瓊州海岸南岸、?？谑协偵絽^(qū)東北部，東經(jīng)110°32′～110°37′、北緯19°51′～20°01′^[8]，處于由近代地震沉陷而形成的近南北向溺谷灣^[8]。本區(qū)北端北港島兩側(cè)有潮汐與瓊州海峽相連，研究區(qū)內(nèi)大量沉積物來(lái)源于此^[9]。海岸線(xiàn)曲折多灣，瀉湖灘面平緩。紅樹(shù)林分布于整個(gè)海岸淺灘，共有紅樹(shù)16科32種。紅樹(shù)林外圍邊緣種類(lèi)為白骨壤，往里以紅海欖為主^[10]，覆蓋率達(dá)80%。東寨港紅樹(shù)林沉積物中重金屬的來(lái)源主要包括生活污水排放、自然徑流、來(lái)往船只漏油、農(nóng)藥及養(yǎng)殖業(yè)飼料幾個(gè)方面，這些重金屬污染物極易積淀于紅樹(shù)林沉積物中，對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)都具有影響^[11]。

近年來(lái)，東寨港紅樹(shù)林沉積物的研究已成為熱點(diǎn)，一些研究者對(duì)沉積物元素的水平分布、遷移規(guī)律，賦存形態(tài)、相關(guān)性等進(jìn)行研究和探討，但這些研究成果缺乏對(duì)東寨港紅樹(shù)林重金屬元素的垂向分異規(guī)律、近年來(lái)東寨港紅樹(shù)林重金屬含量變化的對(duì)比研究。本研究通過(guò)探討東寨港紅樹(shù)林15個(gè)采樣點(diǎn)中不同深度（0～60 cm）的Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb等8種重金屬元素含量的分布特征，揭示了東寨港紅樹(shù)林重金屬元素的垂向變化規(guī)律和近年來(lái)東寨港紅樹(shù)林重金屬含量變化的對(duì)比情況，并采用地質(zhì)累積指數(shù)法評(píng)價(jià)其污染程度，分析人類(lèi)活動(dòng)對(duì)該區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響。

1.2 樣品采集

樣品采集時(shí)間為2013年8月，共15個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)分表層（0～5 cm）、中層（30 cm）、深層（60 cm）3層共計(jì)45個(gè)樣品。樣品采集后，放入潔凈自封袋封存。所有樣品均經(jīng)自然風(fēng)干、動(dòng)物殘?bào)w及礫石剔除、碾磨、過(guò)篩（200目）等步驟的處理后，裝入潔凈自封袋以備分析使用。本次分析使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）進(jìn)行重金屬測(cè)定，全部分析由海南師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院實(shí)驗(yàn)室完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 東寨港表層沉積物中重金屬元素的分布規(guī)律

沉積物中的表層重金屬含量可判斷研究區(qū)受污染狀況及程度，而重金屬存在的水平差異可追溯其污染源^[12]，在某種程度上可真實(shí)反映一個(gè)地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)劣。表1顯示的是東寨港表層沉積物中8種重金屬Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb的含量范圍。為了真實(shí)反映東寨港沉積物中重金屬元素的分布特征，特選定海南水系沉積物背景值和瓊東北土壤背景值^[13]進(jìn)行計(jì)算比較。其余14個(gè)采樣點(diǎn)地質(zhì)累積指數(shù)小于0，污染分級(jí)為無(wú)污染；Pb在15個(gè)采樣點(diǎn)地質(zhì)累積指數(shù)均小于0，該重金屬元素未達(dá)到污染程度?？傮w來(lái)說(shuō)，QT-1-01、QT-1-02、QT-2、GN-1、GN-2、GN-3 等6個(gè)采樣點(diǎn)中的8種重金屬元素的地質(zhì)累積指數(shù)普遍高于其余9個(gè)采樣點(diǎn)。產(chǎn)生污染的主要重金屬元素是Cd、As。Cd、As分別被認(rèn)為是毒性最強(qiáng)和潛在毒性較強(qiáng)的重金屬元素，其濃度高低與人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān)^[19]。這6個(gè)采樣點(diǎn)地勢(shì)低，不易與外界交換，且顆粒為淤泥質(zhì)，吸附力強(qiáng)，多處于排污溝附近或人口密集區(qū)接受重金屬量大，更易受農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)活動(dòng)的影響。

3 結(jié)論

東寨港表層沉積物中8種重金屬濃度由高到低依次是Cr>Zn>Ni>Cu>Pb>Co>As>Cd，且研究區(qū)內(nèi)沉積物中8種重金屬在不同深度的平均濃度均大于海南水體沉積物背景值。Cu、Zn、As、Pb的濃度隨深度的增加而減小，體現(xiàn)了沉積物表層富集的規(guī)律。Cr在沉積物表層的平均濃度整體略低于中層和下層，說(shuō)明表層沉積物受淋溶作用影響較大，重金屬元素相對(duì)在下層富集；Ni、Cd在中層的濃度略高于上層和下層。endprint

近幾年研究區(qū)沉積物重金屬濃度從低到高依次是2009年<2011年<2013年。用地質(zhì)累積指數(shù)法評(píng)價(jià)東寨港紅樹(shù)林沉積物產(chǎn)生污染的重金屬是Cd和As，其中Cd的污染程度大于As。QT-1-01、QT-1-02、QT-2、GN-1、GN-2、GN-3 等6個(gè)采樣點(diǎn)的8種重金屬元素的地質(zhì)累積指數(shù)普遍高于其余9個(gè)采樣點(diǎn)，這是因?yàn)檫@6個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其他采樣點(diǎn)更易受到人為原因污染的影響。

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近幾年研究區(qū)沉積物重金屬濃度從低到高依次是2009年<2011年<2013年。用地質(zhì)累積指數(shù)法評(píng)價(jià)東寨港紅樹(shù)林沉積物產(chǎn)生污染的重金屬是Cd和As，其中Cd的污染程度大于As。QT-1-01、QT-1-02、QT-2、GN-1、GN-2、GN-3 等6個(gè)采樣點(diǎn)的8種重金屬元素的地質(zhì)累積指數(shù)普遍高于其余9個(gè)采樣點(diǎn)，這是因?yàn)檫@6個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其他采樣點(diǎn)更易受到人為原因污染的影響。

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近幾年研究區(qū)沉積物重金屬濃度從低到高依次是2009年<2011年<2013年。用地質(zhì)累積指數(shù)法評(píng)價(jià)東寨港紅樹(shù)林沉積物產(chǎn)生污染的重金屬是Cd和As，其中Cd的污染程度大于As。QT-1-01、QT-1-02、QT-2、GN-1、GN-2、GN-3 等6個(gè)采樣點(diǎn)的8種重金屬元素的地質(zhì)累積指數(shù)普遍高于其余9個(gè)采樣點(diǎn)，這是因?yàn)檫@6個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)于其他采樣點(diǎn)更易受到人為原因污染的影響。

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