遼東灣北部近岸海域表層沉積物中重金屬生態(tài)效應(yīng)與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

車琳萍

摘 要：為查明遼東灣北部近岸海域表層沉積物中重金屬Cd、Hg、As、Cu、Pb和Zn的含量特征、生態(tài)效應(yīng)與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，2017年8月對(duì)遼東灣北部近岸海域進(jìn)行了1個(gè)航次的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示，重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Hg和As含量平均值分別為25.80、21.83、80.91、0.28、0.06和12.72 mg/kg。生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)顯示，有7個(gè)站位的As含量位于效應(yīng)濃度低值（ERL）與效應(yīng)濃度中值（ERM）之間，只是偶爾會(huì)產(chǎn)生不利的生態(tài)效應(yīng)，所有站位的Cu、Pb、Zn、Cd和Hg含量均低于ERL，幾乎不會(huì)產(chǎn)生不利的生態(tài)效應(yīng)。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果顯示，遼東灣北部近岸海域表層沉積物中，Cd、Hg和As的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高，Cu、Pb和Zn的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)相對(duì)較低，遼東灣北部近岸距離河口較近的海域是潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大區(qū)域。

關(guān)鍵詞：重金屬；生態(tài)效應(yīng)；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；遼東灣；沉積物

重金屬污染已成為一種重要的海洋環(huán)境問(wèn)題[1]，一旦重金屬對(duì)底棲生物產(chǎn)生急性或慢性毒害作用，將對(duì)整個(gè)海洋環(huán)境造成嚴(yán)重的危害[2-4]。由于累積作用，沉積物中重金屬含量比相應(yīng)海水中的高，重金屬進(jìn)入海洋后容易存儲(chǔ)在沉積物中[5-6]，且表現(xiàn)出較強(qiáng)的分布規(guī)律[7-8]，海洋沉積物可作為監(jiān)測(cè)重金屬的一種敏感指示物[9]，因此，考察重金屬在海洋沉積物中的含量特征和生態(tài)效應(yīng)是評(píng)價(jià)海洋環(huán)境污染的重要指標(biāo)。

遼東灣北部入海河流比較多，主要有小凌河、大凌河、雙臺(tái)子河和大遼河，可攜帶大量的重金屬污染物進(jìn)入遼東灣，再加上遼東灣屬半封閉性海灣，海水交換能力差，極易使遼東灣海域沉積物質(zhì)量受到嚴(yán)重威脅，而近岸又處于陸地與海洋過(guò)渡帶，自然因素和人類活動(dòng)產(chǎn)生的重金屬，容易附著于懸浮顆粒物上，并隨之沉降于近岸海域沉積物中[10]，因此，對(duì)遼東灣北部近岸海域沉積物環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)顯得尤為重要。筆者基于遼東灣北部近岸海域的2017年8月現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)，研究分析了表層沉積物中Cd、Hg、As、Cu、Pb和Zn 這6種重金屬的生態(tài)效應(yīng)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，為該海域的海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 采樣站位與時(shí)間

調(diào)查區(qū)域選擇位于遼東灣北部的全部近岸海域，共設(shè)調(diào)查站位9個(gè)（圖1），調(diào)查時(shí)間為2017年8月。

1.2 測(cè)定元素與分析方法

樣品檢測(cè)重金屬包括Cd、Hg、As、Cu、Pb和Zn。樣品的采集、現(xiàn)場(chǎng)處理及分析方法均依據(jù)《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB 17378.5–2007）[11]中規(guī)定的方法進(jìn)行。Cu、Pb、Zn和Cd采用原子吸收分光光度法（美國(guó)PE AAS-900T）測(cè)定，Hg和As 采用原子熒光法（AFS-230E）測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 重金屬含量

遼東灣北部近岸海域表層沉積物中重金屬含量如表1所示，Cd、Hg、As、Cu、Pb和Zn的平均值分別為0.28、0.06、12.72、25.80、21.83和80.91 mg/kg，均小于國(guó)家海洋沉積物質(zhì)量第一類標(biāo)準(zhǔn)值（GB 18668-2002），這6種重金屬元素的最大值均小于國(guó)家海洋沉積物質(zhì)量第二類標(biāo)準(zhǔn)值（GB 18668-2002）[12]。重金屬Cd、Pb、Zn和Cu含量的平均值大于中值，As和Hg含量的平均值小于中值，說(shuō)明遼東灣北部近岸海域Cu、Pb、Zn和Cd含量分布均向高含量方向傾斜，As和Hg含量分布均向低含量方向傾斜。

2.2 重金屬生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)

重金屬污染會(huì)影響沉積物微生物區(qū)系、微生物過(guò)程和生態(tài)物種，進(jìn)一步會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，最終會(huì)給生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)負(fù)效應(yīng)[13]。生態(tài)效應(yīng)濃度低值（Effect range low，ERL）和生態(tài)效應(yīng)濃度中值（Effect range median，ERM）是Long等[14]建立的，是目前國(guó)際上環(huán)境評(píng)價(jià)廣泛采用的沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。沉積物重金屬含量依據(jù)ERL和ERM的生態(tài)效應(yīng)可劃分為三個(gè)區(qū)間：重金屬含量小于ERL，表示很少產(chǎn)生不利的生態(tài)效應(yīng)；重金屬含量介于ERL和ERM之間，表示偶爾產(chǎn)生不利的生態(tài)效應(yīng)；重金屬含量大于ERM，表示經(jīng)常產(chǎn)生不利的生態(tài)效應(yīng)[15]。

遼東灣北部近岸海域表層沉積物中重金屬含量與生態(tài)效應(yīng)濃度標(biāo)準(zhǔn)（ERL和ERM）的比較如表2所示。Cd、Hg、Cu、Pb和Zn含量均低于其 ERL值，表明這5種重金屬對(duì)海洋沉積物生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響相對(duì)較低。有22.22%站位的沉積物中As含量低于ERL值，有77.78%站位的沉積物中As含量介于ERL和ERM之間，表明As偶爾會(huì)產(chǎn)生不利的生態(tài)效應(yīng)，影響海洋沉積物環(huán)境。因此，理論上，遼東灣北部近岸海域表層沉積物中的As會(huì)對(duì)沉積物環(huán)境和底棲生物群落產(chǎn)生生態(tài)影響，我們應(yīng)引起足夠重視。

2.3 重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

遼東灣北部近岸海域表層沉積物中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)采用“Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法”進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。Hakanson（瑞典學(xué)者）在1980年就提出了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[16]，該法充分考慮了污染物的生物毒性和生態(tài)毒性，包含了現(xiàn)在和潛在兩個(gè)層面的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)情況[17]。重金屬的區(qū)域地球化學(xué)背景值是沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究中一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)[18]，我們考慮到研究區(qū)域元素背景值比普通頁(yè)巖中地球化學(xué)背景值更接近實(shí)際情況，為此，本研究采用馮慕華等[6]對(duì)遼東灣沉積物重金屬Cd、Hg、As、Cu、Pb和Zn背景值的研究結(jié)果（見表3）作為參比。計(jì)算公式如下：

式中，RI為多種重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，Eri為單個(gè)重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)， Tri為重金屬毒性響應(yīng)因子，Ci為重金屬實(shí)測(cè)值，Co為背景值。Cd、Hg、As、Cu、Pb和Zn的Tri分別為30、40、10、5、5和1。重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)如表4所示。

遼東灣北部近岸海域表層沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（Eri）和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）計(jì)算結(jié)果見表5。在研究區(qū)域內(nèi)，Eri平均值范圍為1.01～16.77，均小于40，RI范圍為33.24～66.93，RI均小于150。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，Eri順序?yàn)镃d>As>Hg>Cu>Pb>Zn，說(shuō)明Cd、As和Hg是對(duì)遼東灣北部近岸海域生態(tài)環(huán)境具有潛在影響的主要元素。其中Cd的Eri值最大，高值出現(xiàn)在站位1、2、3和4附近，說(shuō)明遼東灣北部距離河口較近海域的Cd潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大，As的Eri高值除出現(xiàn)在站位1、2、3和4附近外，在站位9也較高，說(shuō)明As的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大區(qū)域除與Cd重疊的區(qū)域外，還增加了大遼河河口東岸海域，Hg的Eri高值出現(xiàn)在站位1、2、3、4、5和9，說(shuō)明Hg的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大區(qū)域又增加了小凌河河口西岸海域。通過(guò)分析我們發(fā)現(xiàn)，Cd、As和Hg潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大的區(qū)域在站位5、1、2、3、4和9附近，位于遼東灣北部距離河口較近海域，在距離河口較遠(yuǎn)的站位6、7和8附近，Cd、As和Hg的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較小，說(shuō)明入海河流周邊城市的污染物通過(guò)各種途徑輸入河流，最終可能被帶入遼東灣，因此，遼東灣北部近岸距離河口較近的海域是重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大區(qū)域。

3 結(jié)論

遼東灣北部近岸海域表層沉積物中重金屬含量相對(duì)較低，Cu、Pb、Zn、Cd、Hg和As的平均值分別為25.80、21.83、80.91、0.28、0.06和12.72 mg/kg，均低于國(guó)家海洋沉積物質(zhì)量第一類標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)遼東灣北部近岸海域表層沉積物中重金屬生態(tài)響應(yīng)分析表明，Cd、Hg、Pb、Cu和Zn含量均低于其 ERL，對(duì)生態(tài)環(huán)境影響較小，As偶爾會(huì)產(chǎn)生不利的生態(tài)效應(yīng)，理論上，遼東灣北部近岸海域表層沉積物中的As會(huì)對(duì)沉積物環(huán)境和底棲生物群落產(chǎn)生生態(tài)影響，我們應(yīng)引起足夠重視。

Cd、As和Hg對(duì)遼東灣北部近岸海域生態(tài)環(huán)境具有潛在危害，遼東灣北部近岸海域表層沉積物中，Cd、Hg和As的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高，Cu、Pb和Zn的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)相對(duì)較低，遼東灣北部近岸距離河口較近的海域是潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大區(qū)域。

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