黃海南部海域表層沉積物重金屬分布及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究

杜瑤怡　徐吉波

【摘 要】2013年黃海南部海域所采集的25個(gè)站位表層沉積物6項(xiàng)重金屬指標(biāo)含量均在第一類標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi)，平均含量為Cu16.1mg/kg、Pb17.0 mg/kg、Zn61.8mg/kg、Cd0.079mg/kg、Hg0.031mg/kg、As3.10mg/kg?？臻g分布上，Cu、Pb、Zn3種重金屬含量在調(diào)查海域西北部呈現(xiàn)峰值，并沿東南方向遞減；Cd含量在中部呈現(xiàn)峰值，并向四周遞減；As含量呈中間低四周高的分布；Hg含量總體呈西高東低分布。采用Hakanson指數(shù)法評(píng)價(jià)了沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果顯示：調(diào)查海域表層沉積物中重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)整體表現(xiàn)為輕微。6種重金屬元素對(duì)黃海南部海域潛在生態(tài)綜合危害的大小貢獻(xiàn)順序?yàn)椋篐g>Cd>Pb>Cu>As>Zn，。Hg的 值對(duì) 值的權(quán)重貢獻(xiàn)最大，即Hg表現(xiàn)為首要的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。

【關(guān)鍵詞】黃海 沉積物 重金屬 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

受黃河長(zhǎng)江兩條大河及黃海沿岸陸源污染物的交互影響，黃海中大部分重金屬污染物經(jīng)歷了吸附作用、絮凝作用等復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物過程后，轉(zhuǎn)移到顆粒態(tài)中并沉積于海底。進(jìn)入到沉積物中的重金屬分布具有時(shí)空上的有序性和相對(duì)穩(wěn)定性，并具有很強(qiáng)的富集性。這些都對(duì)底棲生物產(chǎn)生很強(qiáng)的毒副作用，并通過食物鏈影響人類健康[1]。Hakanson生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[2]綜合考慮了重金屬的毒性、重金屬在沉積物中普遍的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和評(píng)價(jià)區(qū)域?qū)χ亟饘傥廴镜拿舾行?，以及重金屬區(qū)域背景值的差異，消除了區(qū)域差異和異源污染的影響，可以綜合反映沉積物中重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響潛力，許多學(xué)者和專家利用該方法對(duì)不同地區(qū)的沉積物重金屬污染進(jìn)行了評(píng)價(jià)[3-6]。本文分析了黃海南部海域表層沉積物重金屬的分布特征，研究了重金屬元素間的相關(guān)關(guān)系，運(yùn)用Hakanson指數(shù)法對(duì)重金屬污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，對(duì)于該海域的海洋環(huán)境保護(hù)，海洋資源的可持續(xù)利用具有重要意義。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域及樣品采集

2013年黃海海域沉積物調(diào)查監(jiān)測(cè)范圍為北緯32.500°～36.925°，東經(jīng)124°以西的黃海海域，取25個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查采樣。各監(jiān)測(cè)站布置見圖1。采用抓斗式采樣器采集表層沉積物樣品，采樣后樣品放入聚乙烯塑料袋中密封，-20℃冰凍保存。

1.2樣品處理與分析

樣品經(jīng)冷凍干燥儀冷凍干燥后，并經(jīng)球磨儀粉碎后待測(cè)。樣品的Pb、Cd采用石墨爐原子吸收分光光度法；Cu、Zn采用火焰原子吸收分光光度法；As、Hg采用氫化物—原子熒光光度法；有關(guān)操作參見《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》[7]。采用GBW07314 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)全程質(zhì)控。

2 結(jié)果與討論

2.1表層沉積物重金屬分布特征

銅：測(cè)值范圍7.5～31.6mg/kg，均值16.1mg/kg，最小值出現(xiàn)在D9站位，最大值出現(xiàn)在B7站位?？傮w呈現(xiàn)以中部偏北的B6和B7站位為中心，向四周輻射遞減的態(tài)勢(shì)，高值區(qū)的中心區(qū)域濃度高于28mg/kg，C7-D7-E5連線西南部濃度低于12mg/kg。中西區(qū)域等值線分布較密，濃度變化梯度較大，西南區(qū)域等值線分布稀疏，濃度變化梯度較小，詳見圖2。

鉛：測(cè)值范圍6.6～31.4mg/kg，均值17.0mg/kg，最小值出現(xiàn)在D9站位，最大值出現(xiàn)在B6站位。總體分布呈現(xiàn)以中部偏北的B6站位為中心，向四周輻射遞減的態(tài)勢(shì)，高值區(qū)的中心區(qū)域濃度高于30mg/kg，B9-C7-D7連線西南部濃度低于14mg/kg，詳見圖2。

鋅：測(cè)值范圍32.4～104mg/kg，均值61.8mg/kg。最小值出現(xiàn)在C8站位，最大值出現(xiàn)在B6站位?？傮w呈現(xiàn)以中部偏北的B6站位為中心，向四周輻射遞減的態(tài)勢(shì)，高值區(qū)的中心區(qū)域濃度高于100mg/kg，中西部和西南角濃度低于50mg/kg。等值線總體分布比較均勻，濃度變化梯度比較穩(wěn)定，詳見圖2。

鎘：測(cè)值范圍0.046～0.130mg/kg，均值0.079mg/kg。最小值出現(xiàn)在C8站位，最大值出現(xiàn)在C3和B4站位?？傮w等值線分布比較稀疏，濃度變化梯度較小，在C8站位附近存在一個(gè)低值區(qū)，中心區(qū)域濃度低于0.055mg/kg，整體分布呈現(xiàn)由西向東遞增的態(tài)勢(shì)，詳見圖2。

砷：測(cè)值范圍0.17～7.08mg/kg，均值3.10mg/kg，最小值出現(xiàn)在D5站位，最大值出現(xiàn)在D8站位。在B6站位存在一個(gè)高值區(qū)，并以B6為中心向四周遞減趨勢(shì)分布，C與D斷面之間呈現(xiàn)出由北向南逐漸遞增的變化趨勢(shì)，在D8附近還存在一個(gè)高值區(qū)，并以D斷面為軸向南北兩側(cè)遞減分布，詳見圖2。

汞：測(cè)值范圍0.014～0.063mg/kg，均值0.031mg/kg，最小值出現(xiàn)在C9站位，最大值出現(xiàn)在D9站位。在B5附近存在高值區(qū)，A與B斷面之間呈現(xiàn)由北向南逐漸遞增的變化趨勢(shì)，B與C斷面之間呈現(xiàn)由西向東遞增的分布趨勢(shì)；D9站位出現(xiàn)最大值，并以扇形方式向調(diào)查海域東部遞減分布，詳見圖2。

2.2 相關(guān)性分析

采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件SPSS19.0作了重金屬間的Pearson（皮爾遜）相關(guān)性分析。結(jié)果表明：各重金屬元素之間，Cu與Pb、Zn、Cd、Hg，Pb與Zn、Cd、Hg，Zn與Cd、Hg，Cr與Hg有明顯的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性分析結(jié)果詳見表1。

2.3潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.3.1 Hakanson 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法是基于重金屬的生物毒性的評(píng)價(jià)方法，本文選擇了Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As006 種元素進(jìn)行對(duì)沉積物評(píng)價(jià)。根據(jù)潛在生態(tài)危害系數(shù)法，某區(qū)域沉積物中第 種重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù) 和沉積物中多種重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù) 可分別表示為：

；

其中： 為第i種重金屬的污染指數(shù)； 為各樣品沉積物中第i種重金屬的實(shí)測(cè)濃度； 為參比值； 為第i種重金屬的毒性系數(shù)，反映各種重金屬元素毒性水平和生物對(duì)其污染的敏感程度。沉積物重金屬生態(tài)危害劃分標(biāo)準(zhǔn)為： <40 或 <150為輕微生態(tài)危害；40≤ <80 或150≤ <300為中等生態(tài)危害；80≤ <160或300≤ <600 為強(qiáng)生態(tài)危害；160≤ <320或 ≥600為很強(qiáng)生態(tài)危害； ≥320 為極強(qiáng)生態(tài)危害。

對(duì)于沉積物重金屬的評(píng)價(jià)，人們借助于確定區(qū)域地球化學(xué)自然背景值的方法來(lái)區(qū)分沉積物中化學(xué)物質(zhì)的自然源量值及人為活動(dòng)的增量水平[2]。本文采用文獻(xiàn)[8]沉積物中重金屬的參照值 和毒性系數(shù) 見表2。

2.3.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的 、 統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見表3，所有監(jiān)測(cè)站點(diǎn)表層沉積物重金屬潛在生態(tài)綜合風(fēng)險(xiǎn)危害指數(shù) 值遠(yuǎn)低于150，說(shuō)明調(diào)查海域表層沉積物中重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)整體表現(xiàn)為輕微，即沉積物中重金屬的生態(tài)危害效應(yīng)較小。但在不同的海域，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)危害指數(shù)具有差異性。在調(diào)查海域的4號(hào)至6號(hào)，站位總的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)危害指數(shù)最高，分別為28。0、31.3、31.0；在調(diào)查海域14 號(hào)、15 號(hào)以及16 號(hào)站位最低，分別為11.6、10.4、14.2。說(shuō)明了陸域污染物的輸入對(duì)近岸沉積物中重金屬的含量有一定影響。沉積物中單個(gè)重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)危害系數(shù)均低于40，說(shuō)明單因子污染物生態(tài)危害程度輕微。6 種重金屬元素對(duì)調(diào)查海域潛在生態(tài)綜合危害的大小貢獻(xiàn)順序?yàn)椋篐g>Cd>Pb>Cu>As>Zn。Hg的 值對(duì) 值的權(quán)重貢獻(xiàn)最大，即Hg表現(xiàn)為首要的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。

3結(jié)語(yǔ)

調(diào)查海域沉積物中重金屬空間分布總體表現(xiàn)為銅、鉛、鋅三種重金屬在調(diào)查海域的西北部含量較高，向東南逐步減低；鎘中調(diào)查海域中部含量略高，周邊低；砷和汞分布大致相同，西北到西南含量較高，中部到東部較低。表明沉積物中各重金屬分布受陸源污染物輸入的影響存在不同。各重金屬元素之間，Cu與Pb、Zn、Cd、Hg，Pb與Zn、Cd、Hg，Zn與Cd、Hg，Cr與Hg有明顯的正相關(guān)關(guān)系。

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，調(diào)查海域表層沉積物中重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)整體表現(xiàn)為輕微。6種重金屬元素對(duì)調(diào)查海域潛在生態(tài)綜合危害的大小貢獻(xiàn)順序?yàn)椋篐g>Cd>Pb>Cu>As>Zn，Hg的 值對(duì) 值的權(quán)重貢獻(xiàn)最大，即Hg表現(xiàn)為首要的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。

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