福建安海灣五種重金屬和砷在不同介質(zhì)中的分布特征研究

陳艷梅，黃智偉，陳　凱，吳　昊，張　釩

(福建海洋研究所，福建 廈門 361013)

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福建安海灣五種重金屬和砷在不同介質(zhì)中的分布特征研究

陳艷梅，黃智偉，陳凱，吳昊，張釩

(福建海洋研究所，福建 廈門 361013)

據(jù)2014年5月和8月福建安海灣9個(gè)站位的調(diào)查資料，分析海水、水中懸浮物和表層沉積物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5種重金屬和類金屬As的含量及分布特征，用單因子指數(shù)法、潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)灣內(nèi)重金屬污染程度。結(jié)果表明，海水分布從灣頂往灣內(nèi)和灣口逐漸降低，以灣頂值最高；水中懸浮物Cu、Pb、Zn、As、Hg含量以AH5站最高，Cd含量以AH6站最高，并向周邊逐漸降低；表層沉積物含量從AH5站向?yàn)硟?nèi)及灣口逐漸降低。部分站位海水和沉積物中Cu、Zn含量相對(duì)偏高，Pb、Cd、As、Hg含量均符合海水及沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的第一類要求。安海灣海域不同介質(zhì)中懸浮物的含量最高，表層沉積物次之，海水的含量最低。水中懸浮物8月含量潛在生態(tài)危害程度遠(yuǎn)大于5月，以AH5站的潛在生態(tài)危害程度最強(qiáng)，主要潛在生態(tài)危害元素為Cd和Hg；表層沉積物以AH1、AH5站的潛在生態(tài)危害程度稍強(qiáng)，主要潛在生態(tài)危害元素為Cd，Hg次之。安海灣海域環(huán)境受到不同程度的重金屬污染，陸源重金屬污染物排放成為主要來(lái)源，本研究為安海灣海域生態(tài)環(huán)境防治提供科學(xué)依據(jù)。

海水；水中懸浮物；表層沉積物；生態(tài)危害；重金屬；安海灣

安海灣位于福建東南部的圍頭灣內(nèi)，東起晉江東石鎮(zhèn)，西與南安石井鎮(zhèn)、水頭鎮(zhèn)相鄰，海灣面積約13.13 km2。其中灘涂面積9.79 km2，水域面積僅3.34 km2，大部分水深在5 m以內(nèi)，灣口寬度僅0.8 km，灣東西長(zhǎng)1.9 km、南北長(zhǎng)9 km，是南北向延伸的狹長(zhǎng)半封閉型小海灣[1]。近年來(lái)水頭、安海、東石等鄉(xiāng)鎮(zhèn)陶瓷、五金、機(jī)械、鞋業(yè)、石材、化工等行業(yè)迅速發(fā)展，尤其是安海、東石的印染、漂染、電鍍業(yè)的發(fā)展，使排入安海灣的污水量增加，攜帶大量重金屬進(jìn)入該海域，水體中的重金屬較快被沉降，懸浮顆粒從水體去除而最終進(jìn)入沉積物，污染了該海域的海洋環(huán)境。

重金屬元素多為非降解型有毒物質(zhì)，在海洋環(huán)境中一般表現(xiàn)為流動(dòng)性大、擴(kuò)散范圍廣、危害時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，已成為海洋環(huán)境污染評(píng)價(jià)內(nèi)容之一。目前，關(guān)于安海灣重金屬污染的研究較多，但大多集中在對(duì)沉積物污染方面的研究，而對(duì)水中懸浮物中重金屬污染的研究則少見(jiàn)報(bào)道[2]。本文根據(jù)2014年5月和8月該海域調(diào)查資料，初步分析Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5種重金屬元素和類金屬元素As在海水、水中懸浮物和表層沉積物等不同介質(zhì)中的含量分布特征，對(duì)海水和表層沉積物中的6種元素含量進(jìn)行單因子指數(shù)評(píng)價(jià)，同時(shí)采用瑞典科學(xué)家Hakanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)法[3]對(duì)水中懸浮物和表層沉積物中6種元素含量的潛在生態(tài)危害程度進(jìn)行評(píng)價(jià)；著重從水中懸浮物的角度對(duì)安海灣重金屬污染進(jìn)行研究、分析了該海域重金屬環(huán)境質(zhì)量狀況、預(yù)測(cè)其污染發(fā)展變化趨勢(shì)，本研究結(jié)果對(duì)于制定相應(yīng)的環(huán)境污染防治方案和環(huán)保對(duì)策，合理開(kāi)發(fā)利用海上資源，為海洋與漁業(yè)管理部門決策和管理提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1樣品采集與分析

2014年5月和8月在安海灣海域由內(nèi)向外依序布設(shè)9個(gè)站位采集海水樣品，8月份采集9個(gè)站位的沉積物樣品，采樣站位見(jiàn)圖1。

用2.5 dm3有機(jī)玻璃采水器采集表層海水。用不銹鋼抓斗式采泥器采集沉積物，樣品用塑料勺取中間部分表層泥樣于聚乙烯袋中。所有樣品的采集、貯存、運(yùn)輸、預(yù)處理按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》[4]和《海洋調(diào)查規(guī)范》[5]中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

海水樣經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾后加酸備用。收集過(guò)濾的濾膜截留物作為水中懸浮顆粒物樣(以下簡(jiǎn)稱懸浮物)保存?zhèn)溆?；表層沉積物樣品風(fēng)干后用瑪瑙研缽體將其磨碎并全部過(guò)180目篩，充分混勻后取樣備用，懸浮物樣品和表層沉積物樣品均加酸消解待測(cè)。Cu、Pb、Zn、Cd含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent7500cx 型ICP-MS)測(cè)定，Hg、As含量采用原子熒光光譜儀(AFS-9130型)測(cè)定。

1.2單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)法

1.3潛在生態(tài)危害指數(shù)評(píng)價(jià)法

瑞典科學(xué)家Hakanson于1980年提出的重金屬污染及生態(tài)危害的評(píng)價(jià)方法，即潛在生態(tài)危害指數(shù)法(PERI)[3]，該方法不僅考慮到用單因子法得出的金屬污染系數(shù)，而且引入重金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)，二者綜合后評(píng)價(jià)重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害，簡(jiǎn)便、快速且較為準(zhǔn)確。此外該方法還顧及背景值的地域分異性，它不僅反映某一特定環(huán)境下沉積物中各種污染物對(duì)環(huán)境的影響，而且還反映了環(huán)境中多種污染物的綜合效應(yīng)，且用定量方法劃分出了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度。

本研究的懸浮物和表層沉積物中的重金屬含量評(píng)價(jià)即采用該法進(jìn)行評(píng)價(jià)。潛在生態(tài)危害指數(shù)涉及單項(xiàng)污染系數(shù)、重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)以及潛在生態(tài)危害單項(xiàng)系數(shù)，其公式為：

式中：

表的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2　結(jié)果與分析

2.1含量及平面分布

2014年5月和8月安海灣海水中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5種重金屬和類金屬As的含量結(jié)果見(jiàn)表2，其分布規(guī)律基本相同，從灣頂?shù)綖硟?nèi)及灣口逐漸降低，以AH1站的含量為最高值，見(jiàn)圖2、3。

表2　 安海灣海水重金屬及類金屬的含量分析結(jié)果

表3　懸浮物中重金屬及類金屬含量分析結(jié)果

2014年5月和8月安海灣懸浮物Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5種重金屬和類金屬As的含量結(jié)果見(jiàn)表3，8月安海灣懸浮物中6種元素的含量都高于5月。Cu、Pb、Zn、As、Hg等5種元素含量分布規(guī)律相似，以AH5站含量值最高，向其周邊站位逐漸降低，而Cd含量以AH6站為最高，向其周邊站位逐漸降低，見(jiàn)圖4、5。

2014年8月安海灣表層沉積物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5種重金屬和類金屬As的含量結(jié)果見(jiàn)表4，其高值出現(xiàn)在AH1、AH5站，分布趨勢(shì)是從高值點(diǎn)AH1、AH5站向?yàn)硟?nèi)及灣口逐漸降低，最低值出現(xiàn)在AH3站，這可能是與該站較靠近沙礫有關(guān)。安海灣受人為陸源污染嚴(yán)重，是表層沉積物重金屬及類金屬的主要污染源，AH1站為最近灣頂陸源排污口的站點(diǎn)，AH5站較靠近東石陸源排污口，見(jiàn)圖6。

2.2單因子指數(shù)評(píng)價(jià)

依據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[6]，2014年5月和8月安海灣海水Pb、Cd、As、Hg含量均符合海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)第一類要求。Cu、Zn含量大多符合海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)第一類要求，除了5月AH1站、AH4站的含量超出海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)第一類要求。

依據(jù)《海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[7]，2014年8月安海灣表層沉積物Pb、Cd、As、Hg含量均符合沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的第一類要求。Zn含量除AH1和AH5站僅符合沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的第二類要求外，其余各站含量均符合沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)第一類要求。Cu含量除了AH1站外均符合第三類沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，AH4～AH7站符合第二類沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其余各站含量均符合第一類沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，安海灣AH1站靠近灣頂排污口，AH5站靠近東石排污口，并受陸源輸入影響，重金屬污染較嚴(yán)重，而其余各站沉積物環(huán)境尚好。

表4　2014年8月沉積物中重金屬及類金屬含量分析結(jié)果

μg/g

2.3潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)

2.3.1懸浮物的潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)

2014年5月和8月懸浮物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5種重金屬和類金屬As的含量按照Hakanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)[3](表5、6)。據(jù)表1分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)判定，2014年5月和8月安海灣懸浮物中Cu、Pb、Zn、As等單項(xiàng)潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)均為輕微生態(tài)危害。Cd單項(xiàng)潛在生態(tài)危害以AH6號(hào)站為最強(qiáng)，單項(xiàng)危害指數(shù)8月高于5月。Hg單項(xiàng)潛在生態(tài)危害以AH5站為極強(qiáng)，單項(xiàng)危害指數(shù)8月也較高于5月。

潛在生態(tài)危害指數(shù)RI，5月安海灣海域懸浮物Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5種重金屬和類金屬As的潛在生態(tài)危害程度為中等生態(tài)危害，8月6種元素的潛在生態(tài)危害程度為強(qiáng)生態(tài)危害，高于5月。AH5站的懸浮物中6種元素含量為很強(qiáng)生態(tài)危害程度，其余各站生態(tài)危害指數(shù)值略低?？梢?jiàn)，安海灣懸浮物中的重金屬賦存量大，灣內(nèi)懸浮物的重金屬污染嚴(yán)重，特別以AH5站點(diǎn)為最高，主要潛在生態(tài)危害元素為Cd和Hg。

表52014年5月安海灣懸浮物中重金屬及類金屬污染潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

Tab.5Potential ecological risk assessment of heavy metals and metalloid in suspended particulate matters of Anhai

Bay in May，2014

表6　2014年8月安海灣懸浮物中重金屬及類金屬污染潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.3.2表層沉積物的潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)

依據(jù)表1分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)判定，安海灣表層沉積物中Cu、Pb、Zn、As、Hg單項(xiàng)潛在生態(tài)危害均為輕微生態(tài)危害。Cd單項(xiàng)潛在生態(tài)危害以AH1站和AH5站為高值，屬于中等生態(tài)危害，其余各站均為輕微生態(tài)危害(表7)。單項(xiàng)污染物的潛在生態(tài)危害系數(shù)Cd>Hg>As>Cu>Pb>Zn。

潛在生態(tài)危害指數(shù)RI，安海灣表層沉積物AH1站屬于強(qiáng)生態(tài)危害，AH5站為中等生態(tài)危害，余下各站均為輕微生態(tài)危害，主要潛在生態(tài)危害元素為Cd，Hg次之(表7)。

表7　2014年8月安海灣表層沉積物中重金屬污染潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)

3　討論

3.1不同介質(zhì)中含量比較

重金屬在沉積物、懸浮物、水體三種介質(zhì)中不斷進(jìn)行著交換吸附作用，維持動(dòng)態(tài)平衡，懸浮物中重金屬含量一般為最高，比沉積物高幾倍，是水體溶解態(tài)重金屬的幾百倍[10]，了解懸浮物中重金屬的環(huán)境行為能更好地認(rèn)識(shí)海域環(huán)境中重金屬的環(huán)境效應(yīng)。

從安海灣海水、水中懸浮物和表層沉積物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5種重金屬和類金屬As的含量來(lái)看，懸浮物的含量最高，沉積物次之，海水的含量最低。懸浮物比沉積物顆粒更加細(xì)小，吸附重金屬能力較強(qiáng)，海水中的重金屬元素首先被懸浮物吸附，然后才被不易流動(dòng)并且處于底部的沉積物吸附。懸浮物中Pb、Cd、As、Hg含量總體上高于沉積物，這是因?yàn)镻b、Cd、As、Hg受顆粒物吸附作用顯著，被吸附在懸浮顆粒物中；而Cu、Zn含量小于沉積物的含量，是因?yàn)镃u、Zn受顆粒物吸附作用影響較小，受沉降作用在表層沉積物中不斷積累的緣故。安海灣中懸浮物重金屬濃度大且水流條件利于沉降，導(dǎo)致重金屬由海水向沉積物的遷移作用顯著，由此造成對(duì)沉積物的污染加大。

3.2不同介子重金屬含量及危害性討論

從安海灣的重金屬含量分布來(lái)看，安海灣AH1站靠近灣頂陸源排污口，AH5站靠近東石陸源排污口，海水、水中懸浮物和表層沉積物Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5種重金屬和類金屬As的含量以這兩個(gè)區(qū)域形成高值區(qū)，重金屬含量從陸源排污口向?yàn)硟?nèi)及灣口逐漸降低。

從單因子指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，安海灣海水Cu(8月)、Zn(8月)、Pb、Cd、As、Hg含量均符合海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的第一類要求，5月有22.2%站位的Cu、Zn超出海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)第一類要求，即靠近陸源排污口的站位；表層沉積物Pb、Cd、As、Hg含量均符合沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)第一類要求，Cu、Zn符合沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)第一類要求的站位分別為44.4%和77.8%，受灣頂和東石陸源排污口陸源輸入的影響，沉積物污染較顯著。

從安海灣海水、水中懸浮物和表層沉積物三種不同介質(zhì)中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5種重金屬和類金屬As的含量來(lái)看，水中懸浮物的含量最高，表層沉積物次之，海水的含量最低。

4　結(jié)論

近年來(lái)近海工業(yè)活動(dòng)和陸源污染物排放是安海灣重金屬污染的主要來(lái)源，嚴(yán)格控制入海重金屬污染的排放，對(duì)保障安海灣海域的生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要。只有提高城鎮(zhèn)排污處理能力，完善安海灣排污處理體系建設(shè)，才能對(duì)海域環(huán)境起優(yōu)化作用。對(duì)安海灣的海域環(huán)境治理可以通過(guò)控制陸源排污口排放污染，如加強(qiáng)污水、廢水排放的嚴(yán)格控管，減少外源性污染物的排放等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。

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[7]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．GB 18668-2002 海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002．

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Study on distribution characteristics of 5 heavy metals and As concentration in different medium of Anhai Bay

CHEN Yanmei，HUANG Zhiwei，CHEN Kai，WU Hao，ZHANG Fan

(Fujian Institute of Oceanography，Xiamen 361013，China)

According to the data of 9 stations of Anhai Bay in Fujian in May and August of 2014，we analysed the content and distribution on 5 heavy metals(Cu，Pb，Zn，Cd，Hg )and metalloid As in seawater，suspended particulate matter of water and surface sediment，evaluated the heavy metals pollution degree by single factor index method and potential ecological risk index.Results showed that the seawater distribution gradually reduced from the top of the bay to inner bay and bay mouth with the highest value in site AH1.Suspended particulate matter in water of Cu，Pb，Zn，As，Hg content showed the highest value in site AH5，Cd content in site AH6 was the highest，and decreased gradually to the surrounding sites.The content of surface sediment gradually reduced from site AH5 to inner bay and bay mouth.The content of Cu、Zn in part sites of seawater and sediment were relatively high，Pb、Cd、As、Hg content were all in line with the requirements of the first class of sea water quality standard and sediments quality standards.The content in suspended particulate matter was the highest.In different mediums of Anhai Bay，the content in surface sediment was the second and the last one was in seawater.It was found that the potential ecological hazard risk degree in August of suspended matter analysis was far greater than that in May，potential ecological risk degree in site AH5 of Anhai Bay was the strongest，and the main potential ecological risk elements were Cd and Hg.According to potential ecological hazard analysis of the surface sediments，the potential ecological risk of AH1 and AH5 stations were more stronger in the bay and the main potential ecological risk elements were Cd and Hg.The waters environment of Anhai Bay has suffered heavy mental pollution in different degree，which indicated that the pollution of heavy metals was probably caused by land source pollution in Anhai Bay.This study for the gulf waters provides a scientific basis for prevention and control of ecological environment.

seawater；suspended particulate matter of water；surface sediment；potential ecological risk；heavy metals；Anhai Bay

2016-05-12

福建省社會(huì)發(fā)展重點(diǎn)資助項(xiàng)目(2013Y0009).

陳艷梅(1980-)，女，本科，助理研究員，研究方向：海洋化學(xué)、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè).E-mail：llizzy@126.com

P76

A

1006-5601(2016)03-0219-11

陳艷梅，黃智偉，陳凱，等.福建安海灣五種重金屬和砷在不同介質(zhì)中的分布特征研究[J].漁業(yè)研究，2016，38(3)：219-229.