湛江東海島紅樹林濕地表層土壤重金屬空間分布特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

羅松英，王嘉琦，周敏，葉嘉雯，柯思茵，陳東平，賴曉清

嶺南師范學(xué)院地理系，廣東 湛江 524048

紅樹林是分布在海陸交替過渡地帶的濕地生態(tài)系統(tǒng)，受陸源包括人類活動(dòng)以及海域環(huán)境信息的疊加影響（李瑞利等，2012；Liu et al.，2014）。由于紅樹林生境潮流速度較低，土壤沉積物具有粘粒含量高、有機(jī)質(zhì)含量高、硫化物含量高、還原性強(qiáng)等特征，能夠大量接受來自潮汐和地表徑流所攜帶的重金屬污染物，往往成為潛在的重金屬富集區(qū)（程皓等，2009；Bosire et al.，2005）。重金屬污染具有隱蔽性、毒性高、不易分解等特點(diǎn)，可通過食物鏈的放大作用最終危害人體健康，因此重金屬污染備受關(guān)注（Nath et al.，2013）。對(duì)于整個(gè)紅樹林生態(tài)系統(tǒng)而言，土壤沉積物是重金屬污染物的主要貯存庫(kù)，絕大部分的重金屬沉淀固定在土壤沉積物中（戴紀(jì)翠等，2009）。紅樹林土壤重金屬含量的高低與其生境理化性質(zhì)、土壤重金屬背景值高低和受附近城市排放重金屬污染的程度等密切相關(guān)（劉景春，2006；李柳強(qiáng)等，2008）。國(guó)內(nèi)外對(duì)不同海岸紅樹林重金屬污染的研究結(jié)果表明，不同紅樹林區(qū)重金屬污染程度不同，受陸域環(huán)境影響較大的紅樹林濕地重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有逐漸加強(qiáng)的趨勢(shì)（郭菊蘭等，2013；Sandilyan et al.，2014；Li et al.，2015；Miola et al.，2016）。

東海島位于廣東省湛江市東南部，地勢(shì)平坦，島上紅樹林濕地面積約1475 hm2，屬于湛江紅樹林國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)范圍（王中丙，2013；朱小丹，2016）。自1992年東海島開發(fā)試驗(yàn)區(qū)設(shè)立以來，島上填海項(xiàng)目逐漸增多，潮間帶區(qū)域逐漸被吞食，紅樹林濕地面積大幅減少（李曉敏，2008）。隨著鋼鐵、化工、石化等項(xiàng)目相繼落戶東海島，海島周邊生態(tài)環(huán)境壓力不容忽視。同時(shí)由于東海島及周邊地區(qū)城市化和工業(yè)化進(jìn)程的急劇加速，工業(yè)廢水、城市生活污水、養(yǎng)殖排污、船舶污染和農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)生態(tài)環(huán)境造成持續(xù)性壓力，生長(zhǎng)于潮間帶環(huán)境的紅樹林濕地重金屬污染問題日益凸顯（劉加飛，2013）。目前，針對(duì)東海島紅樹林濕地土壤重金屬的研究也少見報(bào)道，僅見劉加飛（2013）對(duì)東海島潮間帶表層沉積物重金屬污染進(jìn)行過研究，其研究對(duì)象并未專門針對(duì)紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)，且僅對(duì)Cu、Zn、Cd、Pb、Cr這5種重金屬元素進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，研究不夠系統(tǒng)全面。

本研究通過分析東海島紅樹林濕地土壤重金屬含量及其空間分布特征，采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法和多元統(tǒng)計(jì)法對(duì)紅樹林濕地土壤重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)及來源解析，以期為東海島紅樹林環(huán)境污染監(jiān)測(cè)與生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

湛 江 東 海 島 （ 20°55'～21°05'N ， 110°11'～110°33'E）位于湛江灣與雷州灣之間，全島面積約為289.49 km2，海岸線為126 km，是中國(guó)第五大島嶼（王中丙，2013）。屬于北熱帶季風(fēng)海洋性氣候區(qū)，年平均氣溫23 ℃，年均降水雨量1800～2000 mm，長(zhǎng)夏無寒冬，熱帶氣旋是影響該地區(qū)的主要災(zāi)害性天氣。潮汐類型為不規(guī)則半日潮，波浪以風(fēng)浪為主，多年平均波高為0.9 m（陳則實(shí)，1999）。紅樹林主要分布在東海島南岸、西岸以及北岸靠西段，主要紅樹植物為白骨壤（Avicennia marina），少量的秋茄（Kandelia candel）、無瓣海桑（Sonneratia apetala）和紅海欖（Rhizophora stylosa）。西岸紅樹林常見分布于河口，周圍有大量的水產(chǎn)養(yǎng)殖池，養(yǎng)殖廢水直接排入紅樹林；南岸紅樹林主要分布于內(nèi)灣或背風(fēng)區(qū)，面向雷州灣，有少量水產(chǎn)養(yǎng)殖池或鹽場(chǎng)。北岸有少量紅樹林分布，位于東參碼頭和對(duì)岸小島上。自東海島成立開發(fā)實(shí)驗(yàn)區(qū)以來，該地的交通、通訊、電力、海水養(yǎng)殖、鋼鐵、石化、農(nóng)副產(chǎn)品加工、飼料、城郊型農(nóng)業(yè)等臨港工業(yè)和資源型工業(yè)的規(guī)模和效益不斷擴(kuò)大和提高，已經(jīng)成為開發(fā)區(qū)經(jīng)濟(jì)的規(guī)模產(chǎn)業(yè)（劉加飛，2013）。據(jù)調(diào)查資料顯示，湛江灣和雷州灣的主要污染來源有城市生活污水、工業(yè)廢水、養(yǎng)殖排污、船舶污染和農(nóng)業(yè)面源污染（劉芳文等，2015）。

1.2 樣品采集與研究方法

1.2.1 樣品采集

綜合考慮東海島紅樹林分布面積、潮位變化及人類活動(dòng)影響等因素，于2017年6月沿著海岸線在紅樹林典型分布區(qū)布設(shè)了7個(gè)采樣站位，從東南向西北方向分別是YC、SYC、JJC、XWC、TMHHK、DCMT和DTSD。采樣站位分布如圖1所示，每個(gè)站位采集土壤樣品2～3個(gè)，共15個(gè)樣品。采樣時(shí)先用塑料小鏟刮去表層枯枝殘葉，然后使用直徑為6 cm的PVC管壓入淤泥中采集表層0～15 cm土壤樣品，每個(gè)樣點(diǎn)采用梅花采樣法取5個(gè)土樣混合，采集約1 kg土樣，所采集的樣品裝入密封的乙烯封口袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室。

1.2.2 樣品處理及測(cè)試方法

野外采集的土壤樣品經(jīng)過自然風(fēng)干、研磨、過篩（100目）處理后，測(cè)定砷（As）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、銅（Cu）汞（Hg）、鎳（Ni）、鉛（Pb）、鋅（Zn）8種重金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。測(cè)試地點(diǎn)為廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室，其測(cè)試過程為：稱取兩份樣品，經(jīng)過王水消解和四酸（高氯酸、硝酸、氫氟酸和鹽酸）消解處理后，分別采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-AES）和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）進(jìn)行測(cè)試，綜合取值為最后的檢測(cè)結(jié)果（陳碧珊等，2017）。對(duì)每3個(gè)樣品進(jìn)行平行測(cè)定，同時(shí)測(cè)定空白樣。其中ICP-AES型號(hào)是Varian VISTA，ICP-MS型號(hào)是Agilent 7700x。微量分析的標(biāo)樣準(zhǔn)確度RSD小于10%，回收率高于90%。

1.2.3 研究方法

本研究采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)東海島紅樹林土壤重金屬進(jìn)行污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，該方法相對(duì)快速簡(jiǎn)便，綜合考慮了重金屬的毒性、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、區(qū)域敏感性以及重金屬區(qū)域背景值的差異，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，并給出危害程度定量劃分方法，是適合異源沉積物之間評(píng)價(jià)的有效手段（鄧?yán)龋?014）。潛在生態(tài)危害指數(shù)法計(jì)算公式如下：

（1）單因子污染指數(shù)

式中，Ci為重金屬i的污染系數(shù)；Ci為重金屬

fi i的實(shí)測(cè)濃度含量； Cn為重金屬的評(píng)價(jià)參比值。東海島典型地帶性土壤為磚紅壤性紅壤，故本研究采用廣東省土壤的環(huán)境背景值中磚紅壤中的重金屬含量作為背景值。

（2）某一區(qū)域重金屬i的潛在生態(tài)危害系數(shù)

i反映了重金屬的毒性水平及生物對(duì)重金屬污染的敏感程度，其毒性響應(yīng)系數(shù)見表 1（徐爭(zhēng)啟等，2008）。

表1 重金屬毒性系數(shù)Table 1 The toxicity factor of heavy metals

（3）多種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

式中，RI（the potential ecological risk index）為多種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；為金屬i的潛在生態(tài)危害系數(shù)；為重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)，反映重金屬的毒性水平及生物對(duì)金屬污染的敏感程度。重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和分級(jí)關(guān)系如表2所示（黃建國(guó)，2007）。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

多元統(tǒng)計(jì)分析通過SPSS 22.0軟件完成，采用相關(guān)性和主成分分析法進(jìn)行重金屬來源分析。相關(guān)性分析是指對(duì)兩個(gè)或多個(gè)具備相關(guān)性的變量元素進(jìn)行分析，從而衡量?jī)蓚€(gè)變量因素的相關(guān)程度。通過重金屬間的相關(guān)系數(shù)可更加準(zhǔn)確地表明其來源途徑的相似程度（雷凌明等，2014）。主成分分析是研究變量之間相互關(guān)系的多變量分析技術(shù)，通過對(duì)原變量的線性變換，形成了一系列新的相互獨(dú)立變量，稱之為主成分（孫欽幫等，2017）。在進(jìn)行主成分分析之前，采用KMO和Bartlett法對(duì)原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行因子分析適宜性檢驗(yàn)（李玉等，2006）。KMO值為0.700，大于0.5；Bartlett的球形度檢驗(yàn)相伴概率為 0.000，小于顯著性水平 0.05，表明原始數(shù)據(jù)集適合進(jìn)行因子分析（姚曉飛等，2011）。

表2 重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和分級(jí)分析Table 2 Indices and grades of potential ecological risk index of heavy metal pollution

表3 東海島紅樹林濕地表層土壤重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 3 The mass fraction of heavy metals in the surface soil of mangrove wetland in Donghai Island

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征及空間分布

由表 3 可知，As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 等 8種元素重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值超過雷州半島土壤環(huán)境背景值（許煉烽等，1996）；8種元素重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值在《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—1995）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但YC、XWC和TMHHK站位采樣區(qū)的個(gè)別元素，如As、Hg、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。從重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍看（表 3），8種重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍差異較大，As為 6.800～26.600 mg?kg-1，Cd 為 0.023～0.068 mg?kg-1，Cr為 21.000～74.000 mg?kg-1，Cu 為 5.700～21.000 mg?kg-1，Hg 為0.037～0.200 mg?kg-1，Ni為 8.700～ 32.000 mg?kg-1，Pb 為 16.000～45.800 mg?kg-1，Zn 為 32.000～112.000 mg·kg-1。變異系數(shù)可以反映各重金屬元素的離散程度，且變異系數(shù)越大說明土壤重金屬污染受人為活動(dòng)干擾越強(qiáng)烈（趙秀峰等，2010）。從變異系數(shù)上看（表3），東海島紅樹林濕地表層土壤中重金屬元素Pb的變異系數(shù)最小，為33.91%，離散程度較低，反映該元素分布相對(duì)較均勻，推測(cè)目前受人為活動(dòng)干擾不明顯；As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn的變異系數(shù)均在40%以上，分布較不均勻，說明受到一定程度的人為活動(dòng)干擾；Hg的變異系數(shù)最大，為62.16%，分布最為不均，推測(cè)其受人為活動(dòng)干擾也較強(qiáng)烈。

從重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布上看，7個(gè)采樣站位重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大，選取土壤中超標(biāo)狀況比較嚴(yán)重的4種重金屬元素As、Hg、Pb和Zn進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。其中As質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值在7個(gè)采樣站位中均高于雷州半島土壤環(huán)境背景值，以西部靠近水產(chǎn)養(yǎng)殖地的XWC和TMHHK 2個(gè)采樣站位為最高，超出國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值范圍；Hg含量平均值在 7個(gè)采樣站位中也均高于雷州半島土壤環(huán)境背景值，以西南岸XWC采樣站位為最高，超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值范圍；Pb除了在SYC、JJC和DCMT這3個(gè)采樣站位外，在其他4個(gè)采樣站位的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值均接近或高于雷州半島土壤環(huán)境背景值，其中YC和TMHHK采樣站位的Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值均超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)范圍；Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值在7個(gè)采樣站位中均高于雷州半島土壤環(huán)境背景值，以東南岸YC采樣站位為最高，但未超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值范圍。

2.2 表層土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析及空間分布

2.2.1 表層土壤重金屬污染分析及空間分布

東海島紅樹林濕地表層土壤不同重金屬元素單因子污染評(píng)價(jià)結(jié)果如表 4所示，As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 8種金屬元素均達(dá)到中等污染。8種重金屬元素污染程度排序如下：Zn＞Hg＞As＞Ni＞Cu＞Cr＞Pb＞Cd。其中，西南岸 XWC 站位 8種重金屬元素的單因

表4 東海島紅樹林濕地土壤重金屬單因子污染指數(shù)Table 4 The single factor pollution index of heavy metals in the surface soil of mangrove wetland in Donghai Island

圖2 東海島7個(gè)采樣站位主要超標(biāo)重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)境背景值的對(duì)比Fig. 2 Comparison of the mass fraction of the excessive heavy metals in seven sampling stations in Donghai Island with national soil environment quality level standard and environmental background values

子污染指數(shù)最高，Hg為很強(qiáng)污染程度，As和Zn為強(qiáng)污染程度；Cd、Cr、Cu、Ni和Pb 5種元素為中等污染程度。東南岸JJC和SYC站位8種元素的單因子污染指數(shù)普遍較低，這兩個(gè)區(qū)域污染程度相近，除As、Hg、Zn 3種元素達(dá)到中等污染程度級(jí)別外，其余5種元素均表現(xiàn)為輕微污染級(jí)別。

從超標(biāo)狀況比較嚴(yán)重的As、Hg、Pb、Zn 4種重金屬元素污染程度空間分布看（圖3），其污染程度與元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低表現(xiàn)一致。其中，As在東海島西部采樣站位XWC和TMHHK污染最嚴(yán)重，為強(qiáng)污染，其他5個(gè)采樣站位為中等污染；Hg以西南岸XWC站位最嚴(yán)重，為很強(qiáng)污染，其他6個(gè)采樣站位為中等污染；Pb除在SYC、JJC和DCMT這3個(gè)采樣站位為輕微污染外，其他4個(gè)采樣站位為中等污染；Zn在所有紅樹林采樣站位中的污染程度普遍最高，其中YC、XWC和TMHHK為強(qiáng)污染，其他4個(gè)采樣站位為中等污染。

通過野外實(shí)地調(diào)查及對(duì)比土壤環(huán)境背景值發(fā)現(xiàn)，東海島紅樹林濕地土壤重金屬污染程度與土壤重金屬背景值高低及周圍人為活動(dòng)排放重金屬程度密切相關(guān)。采樣站位XWC和TMHHK中這4種重金屬元素污染均較為明顯，主要與臨近居民點(diǎn)和養(yǎng)殖魚塘有關(guān)；XWC站位野外現(xiàn)場(chǎng)可見有多處生活垃圾傾倒點(diǎn)及養(yǎng)殖魚塘排污口，而TMHHK站位則位于入海河口，周圍分布著大量養(yǎng)殖魚塘，且東海島西部以農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)為主，入海河口成為各類污染物的匯集處（李柳強(qiáng)等，2008）。采樣站位YC的Zn為強(qiáng)污染，其余3種元素為中等污染，主要與該采樣區(qū)農(nóng)業(yè)種植和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)有關(guān)。由此推測(cè)，東海島紅樹林土壤重金屬污染主要來自水產(chǎn)養(yǎng)殖排污、農(nóng)業(yè)面源污染及生活排污，這與劉芳文等（2015）研究結(jié)果一致。東海島由養(yǎng)殖排污、農(nóng)業(yè)面源污染及生活排污引起的重金屬污染問題應(yīng)當(dāng)引起重視，應(yīng)注意避免人為直接排污及合理施用農(nóng)藥化肥。

2.2.2 表層土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)特征及空間分布

圖3 東海島紅樹林濕地表層土壤主要超標(biāo)重金屬元素污染程度空間分布Fig. 3 Spatial distribution of excessive heavy metals pollution in the surface soil of mangrove wetland in Donghai Island

表5 東海島紅樹林濕地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Table 5 The potential ecological risk facter and potential ecological risk index of heavy metals in the surface soil of the mangrove wetland in Donghai Island

東海島紅樹林濕地表層土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)危害指數(shù)計(jì)算結(jié)果如表5所示。從單個(gè)重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)看，8種重金屬元素中 Hg潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最高，平均值在 80～160之間，屬于強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；其余7種重金屬元素屬于輕微潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。各重金屬元素的平均潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為 Hg＞Cd＞As＞Ni＞Cu＞Pb＞Zn＞Cr。多種重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值在 112.002～351.690之間，平均值為 190.070，達(dá)到中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。東海島紅樹林濕地表層土壤重金屬總潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度空間分布如圖4所示，不同站位的紅樹林濕地土壤重金屬污染的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)有所差異。其中，西南岸XWC站位的總潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度最高，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值為351.69，為強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；YC、DCMT、DTSD和TMHHK的總潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度次之，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值超過 150，為中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；東南岸SYC和JJC站位的總潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度最低，為輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果看，東海島各站位紅樹林土壤重金屬污染的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)屬于輕微-強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。其中西南岸XWC站位的強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)主要來自 Hg、Cd和As污染，這3種重金屬為生物非必需元素，具有強(qiáng)毒性。結(jié)合XWC站位周圍環(huán)境，可以推測(cè)該區(qū)域強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)主要來自生活垃圾排放以及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中使用的藥物、飼料等，如飼料添加劑的廣泛使用或含Hg、As農(nóng)用化學(xué)品的使用會(huì)使土壤受到污染（邵學(xué)新等，2007）；而研究區(qū)也常見船舶往來，船舶排污、潤(rùn)滑油泄漏、機(jī)械部件磨損等會(huì)導(dǎo)致Cd含量的升高（冉延平，2012）。

2.3 土壤重金屬來源分析

2.3.1 相關(guān)性分析

在研究區(qū)內(nèi)，紅樹林濕地表層土壤中各重金屬元素含量及其之間的比率具有相對(duì)的穩(wěn)定性，當(dāng)沉積物來源相似或相同時(shí)，其各元素之間具有顯著的相關(guān)性（韓卓汝等，2013）。不同站位間，重金屬元素的相關(guān)性是否顯著，可以反映各站位沉積環(huán)境的相似性和受人為影響程度的強(qiáng)弱（陳守莉等，2007）。從8種土壤重金屬之間的相關(guān)系數(shù)（表6）可以看出，除Hg、Cd以外，其他6種重金屬元素（As、Cr、Cu、Ni、Pb和 Zn）之間表現(xiàn)為強(qiáng)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均在0.7以上。尤其是Cr-Ni、Cr-Pb、Cu-Ni、Cu-Zn、Ni-Pb這5組元素相關(guān)性極為顯著，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到 0.983、0.977、0.971、0.985、0.978（P＜0.01），說明這些重金屬元素可能具有相近或相同的污染源。而Hg、Cd與其他重金屬元素相關(guān)性不明顯，一方面反映了Hg、Cd表現(xiàn)出與其他重金屬元素不同的地球化學(xué)行為特征，另一方面也反映了其與其他重金屬元素之間有著不同來源。

表6 東海島紅樹林濕地土壤不同重金屬元素間的相關(guān)系數(shù)Table 6 Correlation coefficient between different heavy metal elements in the surface soil of mangrove wetland in Donghai Island

2.3.2 主成分分析

通過主成分分析（表7），紅樹林濕地表層土壤沉積物中8種重金屬污染物（8個(gè)變量）可由2個(gè)主成分（特征值：5.976+1.095=7.071個(gè)變量）反映88.381%的信息，即對(duì)前 2個(gè)主成分進(jìn)行分析大致能夠反映數(shù)據(jù)的大部分信息。

表7 主成分分析主要計(jì)算結(jié)果Table 7 The main calculated results of principal component analysis (PCA)

第一主成分的貢獻(xiàn)率為68.988%，特點(diǎn)表現(xiàn)為因子變量在As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的濃度上有較高的正載荷，說明這些重金屬元素有相同或相似的物質(zhì)來源。野外實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，XWC、TMHHK和DTSD站位周圍有大量的水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘，YC站位附近主要為大面積的農(nóng)業(yè)種植區(qū)和少量的養(yǎng)殖魚塘，這4個(gè)站位均可見養(yǎng)殖排污口和農(nóng)藥化肥使用的殘留痕跡；從圖3和表4中也可以看出，As、Pb、Zn分別在YC、XWC、TMHHK和DTSD這4站位的污染程度都比較高。從對(duì)第一主成分的貢獻(xiàn)率上可知，As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的貢獻(xiàn)率都超過90%，同時(shí)這6種元素之間表現(xiàn)為強(qiáng)相關(guān)性。因此，可把As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn這6種重金屬元素理解為第一主成分所代表的實(shí)際意義，即反映了農(nóng)業(yè)面源污染和養(yǎng)殖排污對(duì)東海島紅樹林濕地表層土壤的污染（韓卓汝等，2013；蔡龍炎，2010）。

第二主成分的貢獻(xiàn)率為19.393%，該因子包含的變量有Cd和Hg，相應(yīng)的因子載荷值為0.795和0.619，但相關(guān)性分析顯示Cd和Hg之間的相關(guān)性不明顯，說明Cd和Hg的來源可能不同。野外實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，YC和 XWC站位周圍常有漁船來往，而DCMT和DTSD則位于碼頭附近，從表4中可以看出，這4個(gè)站位的Cd污染程度比其他3個(gè)站位的高，故推測(cè)Cd主要可能來源于船舶排污。這與冉延平（2012）研究結(jié)果相吻合，其研究認(rèn)為靠近港口的研究區(qū)常有船舶往來，船舶排污、漏機(jī)械部件磨損、漏油等會(huì)導(dǎo)致 Cd污染。一般認(rèn)為 Hg可能與東海島的鋼鐵冶煉有關(guān)（雷凌明等，2014），但從圖3可以看出，DCMT和DTSD這兩個(gè)站位比其他 5個(gè)站位更靠近鋼鐵廠（位于東海島北部），而DCMT和DTSD的Hg污染程度卻不是最嚴(yán)重的，因此推測(cè)目前紅樹林濕地土壤Hg元素的污染可能與鋼鐵冶煉無關(guān)。通過野外實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，YC、SYC、JJC、XWC、TMHHK、DCMT和DTSD這7個(gè)站位共同特征為可見生活垃圾自然排放，故推測(cè)Hg污染可能來自于生活排污（銀燕春等，2015）。另外Cd和Hg在第一主成分中的因子載荷為0.347和0.467，說明部分的Cd和Hg還受農(nóng)業(yè)面源污染、養(yǎng)殖排污或其他類型物源的影響。

3 結(jié)論

本研究對(duì)湛江東海島紅樹林濕地表層土壤重金屬元素進(jìn)行質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定，采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，結(jié)合相關(guān)性分析和主成分分析方法對(duì)污染源進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

（1）東海島紅樹林濕地表層土壤中8種重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值均超過雷州半島土壤環(huán)境背景值，未超過國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值。7個(gè)采樣站位重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布差異較大，各金屬變異程度為 Hg＞Ni＞As＞Cd＞Zn＞Cr＞Cu＞Pb。

（2）單因子污染指數(shù)顯示，東海島紅樹林濕地表層土壤各重金屬元素總體上屬于中等污染。從空間分布特征看，表層土壤重金屬污染程度與重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低較為一致。

（3）不同站位的紅樹林濕地表層土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有所差異，屬于輕微至強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；重金屬污染總體上達(dá)到中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。其中XWC站位重金屬污染為強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，主要污染元素為Hg、Cd和As，推測(cè)污染主要來自生活排污、船舶污染和養(yǎng)殖排污。

（4）統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，東海島紅樹林濕地表層土壤中 As、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn這 6種重金屬元素之間具有強(qiáng)相關(guān)性，說明這些重金屬元素可能具有相近或相同的污染源，結(jié)合實(shí)地調(diào)查結(jié)果推測(cè)其來源主要與水產(chǎn)養(yǎng)殖排污及農(nóng)業(yè)面源污染有關(guān)；而Cd和Hg之間的相關(guān)性不明顯，推測(cè)其來源分別與船舶污染和生活排污有關(guān)。