蒼南沿浦灣海域表層沉積物重金屬風(fēng)險評價與來源分析

陳星星，柯愛英，曾國權(quán)，陸榮茂，薛 峰，黃振華

（浙江省海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖研究所浙江省近岸水域生物資源開發(fā)與保護重點實驗室，浙江溫州 325005）

文獻著錄格式：陳星星，柯愛英，曾國權(quán)，等.蒼南沿浦灣海域表層沉積物重金屬風(fēng)險評價與來源分析［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，57 （3）：406-409.

?

蒼南沿浦灣海域表層沉積物重金屬風(fēng)險評價與來源分析

陳星星，柯愛英，曾國權(quán)，陸榮茂，薛 峰，黃振華*

（浙江省海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖研究所浙江省近岸水域生物資源開發(fā)與保護重點實驗室，浙江溫州 325005）

文獻著錄格式：陳星星，柯愛英，曾國權(quán)，等.蒼南沿浦灣海域表層沉積物重金屬風(fēng)險評價與來源分析［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，57 （3）：406-409.

摘 要：通過測定蒼南沿浦灣海域表層沉積物中重金屬的含量，采用地累積指數(shù)I(geo)和沉積物污染指數(shù)（SPI）評價了沉積物重金屬的累積程度和生態(tài)潛在風(fēng)險，并運用主成分分析和相關(guān)方法對重金屬來源進行分析。結(jié)果表明，沉積物Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg和As的含量分別為25.77～41.23，26.92～40.91，0.039～0.087，79.9～110.28，62.74～106.36，0.074～0.089和10.24～14.73 mg·kg(-1)。沿浦灣海域沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險較低，SPI值1.15～1.46，總體上處于自然狀態(tài)。站位點海域污染順序呈現(xiàn)出近岸高、遠岸低，灣內(nèi)高、灣外低的變化趨勢。沉積物中的重金屬主要來自過往船只與生活污染。

關(guān)鍵詞：沉積物；重金屬；風(fēng)險評價；變化趨勢；來源分析

重金屬在大氣、水體、土壤、生物體中廣泛分布，底泥往往是重金屬的儲存庫和最后的歸宿。重金屬不能被生物降解，且具有生物累積性。底泥中的重金屬若長期累積，將對海洋漁業(yè)養(yǎng)殖產(chǎn)生嚴重危害，引發(fā)經(jīng)濟損失。本研究基于2014年10月在蒼南沿浦灣海域采集的表層沉積物，采用主成分分析法解析了7種重金屬（Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As）可能的污染源，并對其污染程度及潛在生態(tài)風(fēng)險進行評價，以期為蒼南沿浦灣海域重金屬污染防治和生態(tài)環(huán)境保護提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1儀器與試劑

原子吸收光譜儀AA-240FS（美國瓦里安公司）；原子熒光光譜儀AFS9800（北京海光儀器公司）；ETHOS1微波消解儀（意大利麥爾斯通公司）。濃硝酸和濃鹽酸均為優(yōu)級純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As標(biāo)準儲備液，1 000 mg·L-1，上海安譜科學(xué)儀器有限公司；去離子水。

1.2樣品采集

沉積物樣品于2014年10月采集自蒼南沿浦灣海域，樣品數(shù)量9個。采樣站位分布如圖1所示。利用抓斗式采泥器采集表層沉積物（0～10 cm），用聚丙烯塑料勺取足夠的沉積物于聚丙烯塑料袋中，采回的底泥樣品在通風(fēng)干燥處自然風(fēng)干，再用研缽磨碎，過160目（0.094 mm）篩，用樣品袋封存?zhèn)錅y。處理方法均參照GB 17378.3—2007海洋監(jiān)測規(guī)范第3部分中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

圖1　采樣站的地理位置

1.3試驗方法

對采集的表層沉積物樣品，參照GB17378.5—2007規(guī)定的火焰原子吸收分光光度法分別測定Cu，Pb，Zn含量；參照GB 17378.5—2007，采用無火焰原子吸收分光光度法測定Cd含量，采用原子熒光法測定Hg，As含量；參照HJ 491—2009，采用無火焰原子吸收分光光度法測定Cr含量。Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As的檢出限分別為2.0，3.0，0.04，6.00，2.00，0.002和0.06 mg·kg-1。

1.4沉積物評價和分析

采用Mu11er提出的地累積指數(shù)Igeo評價單個重金屬的累積污染程度［1］。計算公式：

式中，Cn是某元素在沉積物中的質(zhì)量分數(shù)，Bn為浙江近岸海域沉積物背景值。

根據(jù)地累積指數(shù)Igeo的數(shù)值大小，可將污染分為7級：0級（＜0），無污染；1級（0～1），輕度污染；2級（1～2），中度污染；3級（2～3），較重污染；4級（3～4），重污染；5級（4～5），超重污染；6級（5～6），極重污染。

根據(jù)丁喜桂［2］的研究，浙江近岸海域沉積物中Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As的背景值分別為21.51，29.04，0.104，83.61，66.15，0.040 7和8.66 mg·kg-1。采用沉積物污染指數(shù)法（SPI）對蒼南沿浦灣海域沉積物中重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險進行評價［3］。依據(jù)SPI值沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險分級為自然狀態(tài)（0～2），低污染（2～5），中度污染（5～10），高度污染（10～20）和危險污染（＞20）。

1.5數(shù)據(jù)分析

本文中應(yīng)用的相關(guān)分析和因子分析均在SPSS 19中進行。

2　結(jié)果與討論

2.1沉積物重金屬分布與評價

蒼南沿浦灣海域沉積物重金屬分布如圖2所示。各監(jiān)測點位沉積物中Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As的含量分別為25.77～41.23，26.92～40.91，0.039～0.087，79.9～110.28，62.74～106.36，0.074～0.089和10.24～14.73 mg·kg-1。Cu平均含量為35.14 mg·kg-1，大于浙江近岸海域沉積物背景值（21.51 mg·kg-1），最大值出現(xiàn)在站位點6，為背景值的1.92倍，存在一定程度的污染，超過海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準（GB 18668—2002）第1類的限量值（35.0 mg·kg-1），可能對漁業(yè)養(yǎng)殖產(chǎn)生危害。Pb平均含量為34.54 mg· kg-1，亦大于背景值（29.04 mg·kg-1），最大值也出現(xiàn)在站位點6，為背景值的1.41倍，可能對漁業(yè)養(yǎng)殖存在危害。Cd平均含量為0.073 mg· kg-1，低于背景值（0.104 mg·kg-1），最大值出現(xiàn)在站位點3，不超過海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準（GB 18668—2002）指標(biāo)的第1類的限量值（0.50 mg· kg-1），表明蒼南沿浦灣海域沉積物未受到Cd污染的影響。Zn平均含量為100.72 mg·kg-1，大于背景值（83.61 mg·kg-1），最大值出現(xiàn)在站位點2，為背景值的1.32倍，可能對漁業(yè)養(yǎng)殖存在危害；Cr平均含量為79.54 mg·kg-1，大于背景值（66.15 mg·kg-1），最大值出現(xiàn)在站位點6，為背景值的1.61倍，可能對漁業(yè)養(yǎng)殖存在危害。Hg平均含量為0.080 mg·kg-1，大于背景值（0.0407 mg·kg-1）；Cr平均含量為12.52 mg·kg-1，大于背景值（8.66 mg·kg-1）；但兩者均未超過海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準（GB 18668—2002）指標(biāo)的第1類的限量值。

圖2　蒼南沿浦灣沉積物重金屬含量分布

利用Igeo和SPI分別評價單個重金屬（表1）和沉積物整體（圖3）的污染風(fēng)險。從表1可以看出，Cu在蒼南沿浦灣海域?qū)佥p度污染，其中除了在站位點7的地累積指數(shù)＜0外，其他8個站位點的地累積指數(shù)均為0～1，屬輕度污染。各位點Pb，Cd的地累積指數(shù)均＜0，說明蒼南沿浦灣海域沉積物中Pb，Cd尚處于無污染狀態(tài)。Zn在蒼南沿浦灣海域總體上無污染，其中，僅站位點5的地累積指數(shù)為0.03，屬輕度污染；其他8個站位點的地累積指數(shù)均＜0，屬無污染。Cr在蒼南沿浦灣海域總體上也無污染，除站位點6為輕度污染外，其他8個站位點均無污染。Hg在蒼南沿浦灣海域?qū)佥p度污染，9個站位點的地累積指數(shù)均為0～1，屬輕度污染。As在蒼南沿浦灣海域?qū)倏傮w上無污染，但1，2，8和9站位點的地累積指數(shù)均屬輕度污染。

表1　各位點沉積物重金屬地累積指數(shù)

對重金屬毒性賦值、進行計算，得到蒼南沿浦灣海域沉積物的SPI值（圖3）。結(jié)果表明，各點位SPI值1.15～1.46，表明沿浦灣海域沉積物仍處于自然狀態(tài)，尚不構(gòu)成生態(tài)風(fēng)險。

圖3　蒼南沿浦灣沉積物污染指數(shù)評價

總體來看，9個站位點的沉積物均處于自然狀態(tài)。其中，1，2，8，9地區(qū)沉積物的主要污染因子為Cu，As和Hg，均屬于輕度污染狀態(tài)；3，4地區(qū)沉積物的主要污染因子為Cu，Hg，屬于輕度污染狀態(tài)；5地區(qū)沉積物的主要污染因子為Cu，Zn，Hg，屬于輕度污染狀態(tài)；6地區(qū)沉積物的主要污染因子為Cr，Cu，Hg，屬于輕度污染狀態(tài)；7地區(qū)沉積物的主要污染因子為Hg，屬于輕度污染狀態(tài)。蒼南沿浦灣各個站點間依SPI值排序如下：1＞6＞4＞3＞5＞2＞9＞8＞7，呈現(xiàn)近岸高、遠岸低，灣內(nèi)高、灣外低的變化趨勢。究其原因，站位點1，6受陸源性河口輸入的影響，并且灣內(nèi)水質(zhì)交換周期相對灣外更長，因此，SPI值較高；9＞8 ＞7的結(jié)果也更能佐證前述“兩高兩低”的規(guī)律，3個站位點均位于灣外，但由于8和7比9要遠離近岸，受陸源影響相對較小，因此，其值要小于9。

3　重金屬來源分析

蒼南沿浦灣沉積物中的重金屬可能來源于海域?？恳约斑^往船只廢油、生活污水的排放，土壤自然風(fēng)化和侵蝕等；也有可能來自于分散污染源排放的污染物，經(jīng)過降水、沖刷、沉積等過程而積累下來；也有可能來源于人類活動，如農(nóng)業(yè)面源污染、居民生活廢水。由沉積物重金屬相關(guān)性分析結(jié)果（表2）可知，Cr，Cu，Zn均與Pb具有顯著相關(guān)性，表明其來源可能相同。

表2　蒼南沿浦灣沉積物重金屬來源的相關(guān)性

表3　重金屬來源主成分分析結(jié)果

利用主成分分析對現(xiàn)有的重金屬污染進行來源分析（表3），結(jié)果顯示，蒼南沿浦灣海域表層沉積物中重金屬主要來自2個方面：第1方面是主要因素，貢獻率達52.78％；第2個方面的貢獻率達17.26％；兩者合計，約可以解釋70％的變異來源。成分1的特點表現(xiàn)為因子變量在Cr，Cu，Zn，Pb，Cd含量上有較高的正載荷。這主要是因為蒼南沿浦灣四面環(huán)山，基本上無工業(yè)，重金屬可能來源于該海域?？恳约斑^往船只的廢油，以及船上生活污水的排放，也極有可能來源于人類活動，如農(nóng)業(yè)面源污染、居民生活廢水。成分2的貢獻率為17.26％，Hg的載荷較高，可以歸納為沉積物自身釋放的重金屬。

4　小結(jié)

蒼南沿浦灣海域沉積物Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As平均含量分別為35.14，34.54，0.073，100.72，79.54，0.080和12.52 mg·kg-1。Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As含量均符合海洋沉積物質(zhì)量（GB 18668—2002）指標(biāo)第1類限量值，56％站位的Cu含量和33％站位的Cr含量超過第1類海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準。

蒼南沿浦灣海域沉積物總體上處于自然狀態(tài)，各站位呈現(xiàn)近岸高、遠岸低，灣內(nèi)高、灣外低的變化趨勢，體現(xiàn)陸源輸入的影響。

蒼南沿浦灣海域的重金屬主要來自2方面：一是來往船只、生活污染造成的Cr，Cu，Zn，Pb，Cd沉積；二是沉積物自身釋放的Hg。

參考文獻：

［1］JIA Z B，ZHOU H，ZHAO Z J，et a1.The app1ication of the index of geoaccumu1ation to eva1uate heavy meta1 po11ution in sediments in the Benxi Swction of the Taizi River［J］.Acta Scientiarum Natura1ium Universitatis Pekinensis，2000，36 （4）：525-529.

［2］丁喜桂.浙江近岸海域沉積物中痕量金屬地球化學(xué)特征及環(huán)境質(zhì)量評價［D］.青島：山東科技大學(xué)，2006.

［3］文梅，鞠蓮，易柏林，等.雙臺子河口沉積環(huán)境質(zhì)量綜合評價［J］.中國海洋大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，41（增刊）：391-397.

（責(zé)任編輯：高 峻）

通信作者：黃振華（1982—），女，浙江溫州人，研究生，工程師，主要研究方向為水產(chǎn)養(yǎng)殖，E-mai1：258323195@qq.com。

作者簡介：陳星星（1988—），男，浙江臺州人，助理工程師，本科，主要研究方向為水產(chǎn)品質(zhì)檢與營養(yǎng)分析，E-mai1：363316091 @qq.com。

基金項目：溫州市招標(biāo)項目（DHCG20140903）；浙江省科技計劃項目（2013C320590）；浙江省2012海洋環(huán)保項目

收稿日期：2015-11-16

中圖分類號：X55

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：0528-9017（2016）03-0406-04

DOI：10.16178/j.issn.0528-9017.20160338