渤海灣表層沉積物重金屬含量及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

周笑白，梅鵬蔚*，彭露露，韓龍，張震

1. 天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，天津 300191；2. 江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 南京 210036

渤海灣表層沉積物重金屬含量及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

周笑白1，梅鵬蔚1*，彭露露2，韓龍1，張震1

1. 天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，天津 300191；2. 江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 南京 210036

海洋沉積物中重金屬元素的釋放可能影響海水質(zhì)量及海洋生態(tài)健康。于2013年8月采集了渤海灣24個(gè)點(diǎn)位的表層沉積物，檢測(cè)了汞、砷、銅、鋅、鉛、鎘、鉻7種重金屬的含量，并用Hankanson法分析其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明，渤海灣沉積物中重金屬含量均值可達(dá)到國(guó)家一類海洋沉積物標(biāo)準(zhǔn)（GB 18668-2002），其中汞、砷、銅、鋅、鉛、鎘、鉻的濃度分別達(dá)到0.03、16.15、23.15、89.45、38.84、0.24和60.60 mg·kg-1。渤海灣不同點(diǎn)位中，表層沉積物重金屬含量符合海洋沉積物質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)的占83.3%，其余點(diǎn)位可滿足二類標(biāo)準(zhǔn)，超一類標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)位的主要超標(biāo)因子是砷和鉛。渤海灣重金屬的綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)達(dá)到95.01，屬于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。不同重金屬所產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)排序?yàn)殒k>汞>砷>鉛>銅>鉻>鋅，除鎘外均屬于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。鎘的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值為47.00，達(dá)到了中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，其風(fēng)險(xiǎn)占所有重金屬總風(fēng)險(xiǎn)的49.5%。鎘的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高與鎘的生物毒性較高及其近年來在渤海沉積物中積累速度較快有關(guān)。重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在河口地區(qū)和天津港工業(yè)區(qū)附近呈現(xiàn)高值，而南部漁業(yè)區(qū)和遠(yuǎn)離海岸的中心區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，說明近海工業(yè)活動(dòng)和陸源污染排放渤海灣沉積物中的重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要來源。因而，調(diào)整近海的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格控制入海河流和近海經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的重金屬特別是鎘的污染排放，對(duì)保障渤海沉積物的生態(tài)安全至關(guān)重要。

重金屬；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；沉積物

渤海為人類提供了寶貴的魚類、石油、航運(yùn)等資源，還通過自凈作用消納了大量的陸源污染物，對(duì)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的保障提供了重要的支撐（張雷等，2011）。隨著環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，渤海灣港口建設(shè)、石化企業(yè)、金屬冶煉企業(yè)、海水養(yǎng)殖行業(yè)等行業(yè)日益活躍，由此帶來的陸源污染排放問題也越來越嚴(yán)重（彭士濤等，2009）。重金屬污染物具有來源廣、殘毒時(shí)間長(zhǎng)、不易被生物分解、可以在底泥和海水中交換等特點(diǎn)，對(duì)海洋生物和人類健康造成了潛在的威脅。

海洋沉積物中主要的重金屬（類金屬）污染物包括汞、鎘、鉻、鉛、銅、鋅和砷。吸附于沉積物中的重金屬不僅能危及底棲生物的健康，還可以通過解吸作用進(jìn)入海水，危及其他海洋生物，并最終通過食物鏈間接地威脅當(dāng)?shù)鼐用竦慕】担ㄔS思思等，2010）。本文擬研究渤海灣沉積物中重金屬含量及其在空間的分布，分析重金屬污染物在不同區(qū)域的污染程度，并探討主要的污染物及其來源，以期為海洋重金屬污染物的污染防控提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 采樣方法

2013年8月，利用走航的方式在渤海灣采集沉積物，利用抓斗式采泥器采集表層沉積物樣品。本次調(diào)查公布設(shè)24個(gè)樣點(diǎn)，調(diào)查點(diǎn)位如圖1所示，每個(gè)站位至少采集3個(gè)平行樣。表層沉積物樣品的貯存按照GB/T12763.3-2007《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》第3部分中重金屬的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

沉積物樣品自然風(fēng)干后去除雜物，充分混勻后研磨后過100目尼龍篩。取0.2 g干樣，采用國(guó)標(biāo)（GB17378.5-2007）方法測(cè)定沉積物中的重金屬含量。HCl-HNO3水浴消解后采用AFS-8800型冷原子吸收儀測(cè)定Hg含量，用AFS-8300型冷原子吸收儀測(cè)定As含量。利用原子吸收法測(cè)定銅、鋅、鉛、鎘、鉻。測(cè)量相對(duì)偏差為0.2%～3.8%。

圖1 渤海灣沉積物采樣點(diǎn)位分布圖(n=24)Fig. 1 Sampling sites of the sediments in Bohai Bay(n=24)

1.2 單因子污染指數(shù)法

根據(jù)國(guó)家海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB18668-2002），利用單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)不同點(diǎn)位的重金屬污染物超標(biāo)情況。具體公式為：

其中，PIi是采樣點(diǎn)的重金屬i的污染指數(shù)；ci是該樣點(diǎn)重金屬i的實(shí)測(cè)含量；Si是重金屬i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)含量。

1.3 沉積物潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

沉積物的潛在生物毒性采用瑞典科學(xué)家Hakanson提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)（齊鳳霞等，2004）。該方法通過分析沉積物中不同重金屬污染物的釋放能力和生物毒性強(qiáng)度，將沉積物中污染物的含量折算為生物毒性風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于多種重金屬共存情況，采取加和的方式衡量重金屬的生物毒性。具體計(jì)算方法如下：

其中，Eri為重金屬i潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Tri為重金屬i的毒性系數(shù)（見表1）（吳景陽(yáng)等，1985；秦延文等，2007）； Ssi為重金屬i實(shí)測(cè)含量； Cni為重金屬i的評(píng)價(jià)參考值，本研究中選用渤海灣工業(yè)化前背景值為參考值（見表 1）；RI為沉淀物中重金屬污染物的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)污染程度的劃分如表2所示。

表1 沉積物中重金屬的參考值和毒性系數(shù)Table 1 Background reference values and toxicity coefficients of heavy metals in the sediments

表2 Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)污染程度的劃分Table 2 Hakanson potential ecological risk and index for pollution level classification

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

本研究采用SPSS17軟件，分析不同重金屬污染物之間的相關(guān)關(guān)系，利用插值的方法分析重金屬在研究區(qū)域內(nèi)的分布規(guī)律。

2 結(jié)果與討論

2.1 渤海灣沉積物中重金屬的含量分析

本研究中所調(diào)查的7種重金屬的平均含量均低于國(guó)家一類沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值（GB18668-2002），含量由高至低為：鋅>鉻>鉛>銅>砷>鎘>汞（如表3）。所有樣點(diǎn)中達(dá)到一類沉積物標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)位占83.3%，可滿足海水養(yǎng)殖、海水浴場(chǎng)、環(huán)境保護(hù)區(qū)等多種用水需求；16.7%的點(diǎn)位達(dá)到二類沉積物標(biāo)準(zhǔn)，超一類指標(biāo)因子分別為砷（S4、S5）和鉛（S8和S23）。沉積物中重金屬的平均值與我國(guó)其他海域的污染程度相近，略低于珠江口、新加坡和埃及，遠(yuǎn)低于意大利海域的重金屬污染程度。Pinedo等人研究發(fā)現(xiàn)沉積物中重金屬的積累量與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁程度有關(guān)，因此我國(guó)海洋沉積物中的重金屬低于上述發(fā)達(dá)國(guó)家周邊海域可能與我國(guó)近岸海域經(jīng)濟(jì)開發(fā)時(shí)間較短有關(guān)（PINEDO等，2014）。渤海表層沉積物砷、銅、鋅、鉻的含量相對(duì)于背景值沒有明顯的變化。鉛和鎘的含量有所升高，含量達(dá)到了背景值的1.5倍，但未超過國(guó)家一類沉積物標(biāo)準(zhǔn)值。汞含量低于秦延文 2003年測(cè)定的渤海灣沉積物中的汞含量，這可能與近年來汞的污染排放受到嚴(yán)格的限制有關(guān)秦（延文等，2007）。研究顯示，2003年包括薊運(yùn)河、大沽排污河、海河、青靜黃排污河在內(nèi)的多條入海河流和直排海污染源中汞含量超標(biāo)（劉成等，2003），而2013年天津市6條入海河流全部達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)（天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，2013）。

表3 海洋沉積物中的重金屬含量Table 3 Heavy metals content in the marine sediments mg·kg-1

相關(guān)性分析表明金屬鎘與鋅具有較好的相關(guān)性（P=0.809，r=0.000），鎘和鉻之間也呈現(xiàn)弱的相關(guān)性（P=0.407，r=0.048），類金屬砷和汞具有較好的相關(guān)性（P=0.620，r=0.001）。沉積金屬和類金屬之間的相關(guān)性在其它研究中也有論述，這可能說明這些重金屬和類金屬有一定的同源性（張雷等，2011）。

2.2 渤海灣沉積物中重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析

渤海灣沉積物中重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總體上處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。7種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)殒k>汞>砷>鉛>銅>鉻>鋅。所有重金屬中鎘的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高，平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)達(dá)到了中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的強(qiáng)度，所有點(diǎn)位中達(dá)到中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)以上風(fēng)險(xiǎn)程度的點(diǎn)位占84.6%；鎘在重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)中的貢獻(xiàn)率也最高，占所有重金屬的49.5%。鎘生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高與鎘的生物毒性較高和近年來累積速度較快有關(guān)。值得注意的是，我國(guó)其他海域鎘的風(fēng)險(xiǎn)值也較高。表4中所列舉的中國(guó)近海港灣中，除膠州灣外，鎘的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)都是所有重金屬中最高的。特別是重工業(yè)較為發(fā)達(dá)的錦州灣，鎘的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值達(dá)到了1658.34，屬于極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。這說明近年來鎘在我國(guó)近岸海域積累現(xiàn)象十分嚴(yán)重。鎘具有較強(qiáng)的生物毒性和生物積累性，其含量迅速增加對(duì)海洋動(dòng)植物生長(zhǎng)和人類健康都存在嚴(yán)重威脅，因此需要加強(qiáng)近岸海域沉積物中鎘含量的監(jiān)測(cè)，預(yù)防其可能引發(fā)的生態(tài)危機(jī)（許思思等，2010；KHOSRAVI等，2005；AKSU等，2011）。

表4 海洋沉積物中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)Table 4 Potential ecological risk of heavy metals in the marine sediments

圖2 渤海灣表層沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布圖(n=24)Fig. 2 Distribution of the potential ecological risk of heavy metals in surface sediments of Bohai Bay(n=24)

渤海灣沉積物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)做空間插值圖（圖 2）顯示，渤海灣的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高的地區(qū)主要是西部沿海區(qū)，其中風(fēng)險(xiǎn)最高的地區(qū)位于天津港（S4和S5點(diǎn)位）附近，而渤海灣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低的點(diǎn)位主要位于渤海灣南部的河北省唐山市和遠(yuǎn)離海岸帶的地區(qū)。天津港附近海域緊鄰天津市重要的濱海工業(yè)區(qū)，工業(yè)區(qū)內(nèi)有碼頭和大量工業(yè)園、污水處理廠，人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁。同時(shí)該海域還是永定新河、大沽排污河和海河的入?？冢昃牒Ｋ窟_(dá)十萬(wàn)立方米，水中重金屬在河口地區(qū)沉積也是某些重金屬含量在沉積物中升高的原因所在（閆鳳冬，2012）。相比之下，遠(yuǎn)離海岸的人類活動(dòng)較少地區(qū)，南部地區(qū)主要發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)和海洋漁業(yè)，無污染排放口，水質(zhì)狀況相對(duì)較好。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)從河口和工業(yè)區(qū)向外遞減的趨勢(shì)以及不同近岸海區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況的差別說明渤海的主要重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)來源于近海經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和內(nèi)陸河流，而近海區(qū)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所產(chǎn)生的沉積物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也有明顯的差別。這也是距重工業(yè)發(fā)展區(qū)域較近的錦州灣區(qū)域沉積物中重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高的原因所在。因而，調(diào)整近海的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，嚴(yán)格控制入海河流和工業(yè)排?？诘奈廴九欧牛瑢?duì)降低重金屬所帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。

3 結(jié)論

（1）渤海灣表層沉積物重金屬含量符合海洋沉積物質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到83.3%，滿足二類標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)到16.7%，主要的超一類標(biāo)準(zhǔn)因子是砷和鉛。

（2）渤海灣沉積物中重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況為輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，其中鎘的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高，在總重金屬風(fēng)險(xiǎn)中貢獻(xiàn)率達(dá)49.5%，達(dá)到了中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

（3）渤海灣西部河口地區(qū)和天津港工業(yè)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高，南部和遠(yuǎn)離海岸區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低，近海經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和陸源污染排放對(duì)渤海灣的重金屬污染狀態(tài)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響較大。

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ANP患者存在液體型腹腔高壓即使未發(fā)生感染及臟器功能障礙時(shí)亦應(yīng)視為PCD治療指征，以減少相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生概率[9]。ANP并發(fā)APFC早期行PCD治療是否可以預(yù)防ACS發(fā)生從而改善預(yù)后有待進(jìn)一步研究。

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Contents and Potential Ecological Risk Assessment of Selected Heavy Metals in the Surface Sediments of Bohai Bay

ZHOU Xiaobai1, MEI Pengyu1*, PENG Lulu2, HAN Long1, ZHANG Zhen1
1. Tianjin environmental monitoring center, Tianjin 300191, China; 2. Jiangsu environmental monitoring center, Nanjing 210036, China

The release of the heavy metals from the sediments might significantly contribute to the water environment and ecological health of the sea. Contents of selected heavy metals (Hg, As, Cu, Zn, Pb, Cd, Cr) in the surface sediments from 24 sites in the Bohai Bay were measured in August of 2013, and their potential ecological risk were evaluated through Hankanson method. Results showed that the average content of the heavy metals in the sediment of Bohai Bay reached the first standard request of the national marine sedimentary evaluation criterion (GB-18668-2002), with the average values of Hg, As, Cu, Zn, Pb, Cd, Cr of 0.03, 16.15, 23.15, 89.45, 38.84, 0.24 and 60.60 mg·kg-1respectively. A percentage of 83.3% of the sampling sites meet the first standard request of the national marine sedimentary evaluation criterion, and the rest of the sites were qualified for the second standard. According to the result, the main heavy metals exceeded the first standard of the criterion were As and Pb. Further ecological risk assessment result showed that the average ecological risk index value in different sites was 95.01, which represented a low ecological risk. The potential ecological risk caused by heavy metals decreased following the sequence of Cd, Hg, As, Pb, Cu, Cr and Zn, and all the metals except Cd caused a low ecological risk. The potential ecological risk index caused by Cr reached 47.00, representing a moderate ecological risk, which contributed around 49.5% of the total potential ecological risk. The high ecological risk of the Cd could be explained by high respond to its high biotoxicity and rapid accumulation in the sediment. Higher potential risk of heavy metals were detected in the sediments near estuary and Tianjin port industrial region, while lower ecological risk of heavy metals was detected in the southern fishing region and the center of the Bohai Bay, which indicated that the potential risk of heavy metals was probably caused by industrial activity and land source pollution in Bohai Bay. Therefore, it is of great importance to adjust the industrial pattern in the offshore and control the discharge of the heavy metal (especially Cd) through river inflow and economic activity to protect the ecological security of the sediments in Bohai Bay.

heavy metal; ecological risk assessment; sediment

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.03.012

X55

A

1674-5906（2015）03-0452-05

周笑白，梅鵬蔚，彭露露，韓龍，張震. 渤海灣表層沉積物重金屬含量及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(3): 452-456.

ZHOU Xiaobai, MEI Pengyu, PENG Lulu, HAN Long, ZHANG Zhen. Contents and Potential Ecological Risk Assessment of Selected Heavy Metals in the Surface Sediments of Bohai Bay [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(3): 452-456.

國(guó)家環(huán)境保護(hù)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目（201309008）

周笑白（1982年生），女，博士，主要從事近岸海域生態(tài)環(huán)境研究。E-mail: dianadeweyzp@163.com *通訊作者：梅鵬蔚，高級(jí)工程師。E-mail: meipengyu@163.com

2014-12-02