基于總量和形態(tài)的表層沉積物重金屬污染及來源——以馬鞍列島海域為例

石一茜,趙 旭,林 軍,李大鵬,黃 宏,章守宇

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基于總量和形態(tài)的表層沉積物重金屬污染及來源——以馬鞍列島海域為例

石一茜,趙 旭,林 軍,李大鵬,黃 宏*,章守宇

(上海海洋大學海洋生態(tài)與環(huán)境學院,上海 201306)

為了解馬鞍列島海域沉積物特征及重金屬污染狀況,于2017年6月采集了該海域表層沉積物樣品,并對表層沉積物pH值、氧化還原電位(h)、粒度([3,2])等地球化學指標進行了同步原位調查,采用改進后的沉積物重金屬形態(tài)分析的連續(xù)提取法(European Community Bureau of Reference (BCR))分析了7種重金屬(Cr、As、Ni、Zn、Pb、Cu、Cd)各形態(tài)含量,并結合富集因子系數(shù)(EF)、地累積指數(shù)法(geo)等方法初步探索了馬鞍列島海域沉積物中重金屬的污染特征及其來源.結果顯示,馬鞍列島海域沉積物呈中性-弱堿性,屬還原環(huán)境;近島礁區(qū)以粉礫和粘粒為主,而遠島礁區(qū)以砂礫和粉礫為主;7種重金屬總量均滿足我國海洋沉積物質量I類標準;Cr、As、Ni以原生相為主,而Zn、Pb、Cu、Cd均以次生相為主;Cd以可交換態(tài)及碳酸鹽結合態(tài)(F1)以及有機物及硫化物結合態(tài)(F3)為主要賦存形態(tài),Zn、Pb、Cu以鐵錳氧化物結合態(tài)(F2)為主要賦存形態(tài),而Cr、As、Ni以殘渣態(tài)為主要賦存形態(tài);以Fe作為參比,7種重金屬的富集程度順序為Cd > Cu > Ni > Zn > Pb > Cr > As;通過空間污染狀況分析發(fā)現(xiàn),Cu、Cd在受人為活動影響較大的近島礁區(qū)存在富集污染現(xiàn)象,其他重金屬則主要表現(xiàn)為天然來源,除Ni外,Cu、Pb、Cd、As、Cr、Zn含量均呈近島礁區(qū)>遠島礁區(qū)的空間分布特征.總體上,馬鞍列島國家級特別海洋保護區(qū)沉積物重金屬污染程度較低,生態(tài)環(huán)境保護與底質修復效果較好.

馬鞍列島；沉積物；重金屬；BCR；富集系數(shù)；地積累指數(shù)

重金屬作為非生物降解型污染物,經(jīng)過污水直排、大氣沉降及地表徑流等多種途徑進入海洋[1],進入海洋的重金屬與懸浮顆粒通過吸附、沉降,并隨水流搬運,最終進入沉積物中[2-3].此外,由于海洋擁有復雜的水動力條件,沉積物中的重金屬亦可重新釋放進入上覆水體,造成“二次污染”[4],危害水生生物和生態(tài)系統(tǒng),并可能通過食物鏈逐級進入人體,危害人體健康[5-8].因此,沉積物作為重金屬等污染物的源和匯,可以指示水體污染狀況,為評價水體生態(tài)風險提供可能[9].

馬鞍列島海域位于長江口外的東南部,泗礁島東北部,屬國家級海洋特別保護區(qū),共有136個島嶼,島礁面積達19km2.該海域具有豐富的海洋生物資源,獨特的島礁地貌和潮間帶濕地生態(tài)系統(tǒng).目前,有關海洋沉積物中重金屬含量、分布、形態(tài)和潛在生態(tài)風險的研究多集中在寬泛的海域.結果表明,各個海域沉積物重金屬存在輕度污染[10-11],南黃海海域部分區(qū)域Cu、Cd甚至達到中度污染[12].目前我國針對馬鞍列島島礁及附近海域沉積物重金屬的研究還較少,黃宏等[13]對枸杞島潮間帶沉積物重金屬開展過調查,胡益峰等[14]分析了馬鞍列島養(yǎng)殖保護區(qū)紫貽貝的重金屬含量,但將馬鞍列島作為整體,對該海域沉積物重金屬含量,尤其形態(tài)組成及空間分布特征較為全面的研究還較少見.

本研究擬對馬鞍列島沉積物的pH值、氧化還原電位(Eh)、表面積平均粒徑(D[3,2])組成等地球化學指標進行現(xiàn)場原位調查,采用改進沉積物重金屬形態(tài)分析的連續(xù)提取法(BCR)對沉積物重金屬形態(tài)進行分析,并采用富集因子系數(shù)(EF)、地累積指數(shù)法(geo)等對沉積物中重金屬污染狀況及來源進行較為詳細的研究,以期為該海域生態(tài)環(huán)境修復,海洋資源的開發(fā)利用以及海洋特別保護區(qū)的管理等提供科學依據(jù).

1 材料與方法

1.1 采樣站點與樣品采集

2017年6月采集了馬鞍列島及周圍海域122°38￠402~123°23￠402E,30°41￠402~30o51￠402N樣品,參考胡益峰等[15]對馬鞍列島特別海洋保護區(qū)的功能劃分,共設置了12個采樣站位(見圖1).其中包括綠華島-花鳥島-壁下島石斑魚資源保護區(qū)(S1、S4、S7、S8),綠華島-黃礁抗風浪深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)(S2),馬鞍列島無居民海島島礁資源保護區(qū)(S3),花鳥山以東-求子山-黃礁人工魚礁增殖放流區(qū)(S5),馬鞍列島生態(tài)養(yǎng)殖區(qū)(S6、S9),以及島礁外圍,按照離島礁距離設置的S10、S11、S12站點.依據(jù)離島礁的距離以及受人為影響的程度,人為將采樣站位劃分為近島礁區(qū)(S1~S9)與遠島礁區(qū)(S10~S12).

圖1 馬鞍列島海域采樣站點 Fig.1 Sampling sites of Ma'an archipelago area

表層沉積物利用抓斗式采泥器采集,用塑料勺從采泥器耳蓋中取頂部0~2cm的沉積物,裝入聚乙烯袋,填充氮氣后密封,于-4℃冷藏帶回實驗室,每個站點采集3個平行樣.利用真空冷凍干燥機 (Christ Delta 1-24LSC, Germany)將沉積物樣品冷凍干燥后,剔除貝殼、礫石等雜質,用瑪瑙研缽研磨并過100目篩,四分縮分法取10~20g制備好的樣品,保存于聚乙烯袋中待用.所有樣品的采集、貯存、運輸、預處理均按《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB 17378-2007)[16]中的相關規(guī)定進行.

1.2 沉積物指標分析方法

1.2.1 pH值和h現(xiàn)場測定 pH值和h值在現(xiàn)場分別采用精密酸度儀SX3808 (+0.01,China)和氧化還原電位儀SX712(+1mV,China)進行測定.首先按照儀器使用說明校準測定儀器,在pH值實際測量中,將鉑電極一端插至采泥器中的新鮮沉積物表層0~2cm處,當儀器讀數(shù)穩(wěn)定時記錄數(shù)據(jù),即為表層沉積物的pH值.由圖2 (a) 可知,pH值可以在2min內迅速穩(wěn)定,待讀數(shù)穩(wěn)定記錄數(shù)據(jù)即為沉積物的pH.h的測定時間大致持續(xù)18min (圖2(b)),每3min記錄1次數(shù)據(jù).該組數(shù)據(jù)可反映沉積物與空氣接觸后迅速氧化、h逐漸增加的變化趨勢,最先穩(wěn)定時的最小值作為被測沉積物的h值[17].

1.2.2 粒度測定 取采集沉積物的新鮮樣,用激光粒度分析儀(Mastersizer 2000, Malvern, UK)測定粒度組成.該方法具有連續(xù)自動取樣、抗干擾能力強、實時顯示報告、數(shù)據(jù)代表性等特點.

1.2.3 重金屬形態(tài)、含量分析 通過Nemati等[18]提出的改進BCR法對沉積物重金屬不同形態(tài)進行提取.該方法依據(jù)重金屬與沉積物結合態(tài)的不同,采用不同提取劑,將重金屬分為可交換態(tài)及碳酸鹽結合態(tài)(可交換態(tài),F1)、Fe/Mn氧化物結合態(tài)(可還原態(tài),F2)、有機物及硫化物結合態(tài)(可氧化態(tài),F3)以及殘存在礦物晶格中的殘渣態(tài)(F4),其中前3種形態(tài)統(tǒng)稱為次生相,殘渣態(tài)又稱原生相.具體方法:稱取1g 沉積物樣品,用 20mL王水(15mL HNO3+5mL HCl +2mL HF)沙浴加熱消解.所得消解液離心(3000r/ min,20min)后,用2%HNO3溶液定容至100mL.各形態(tài)提取液及總量消解液中的重金屬含量都采用ICP-MS (7500a, Agilent Technologies, USA) 進行測定,并以海底沉積物成分分析標準物質(GBW07314, China)進行質控.樣品測試與質控均按照國家檢測標準進行.BCR連續(xù)提取重金屬不同形態(tài)的回收率(%)按式(1)計算:

式中:F1、F2、F3、F4分別表示BCR提取重金屬F1、F2、F3、F4各形態(tài)含量,T表示同一沉積物樣品濕法消解所得重金屬總含量.結果顯示,BCR連續(xù)提取重金屬回收率為95.13%~116.13%,重現(xiàn)性很好,符合美國環(huán)境保護署 (EPA)標準[19]要求的80%~ 120%.

1.2.4 沉積物重金屬污染評價 (1) 重金屬富集系數(shù)(EF),為消除物源的影響,鑒別沉積物中重金屬自然和人為來源的相對貢獻率[20],通常利用污染物中某種受人為污染影響較小的元素或組份對重金屬含量進行校正.通常情況下Fe受人為因素影響較小,主要來自于自然沉積[21],因此本研究選擇化學性質穩(wěn)定的惰性元素Fe作為參比元素,通過重金屬與惰性元素的比值(富集系數(shù))來判斷重金屬的富集水平.目前對于富集系數(shù)判斷標準尚不統(tǒng)一,本研究綜合了Blaser等[22]和Sutherland[23]的研究,選取當1

式中:C、B分別為沉積物重金屬及參比元素含量;ref、ref分別為重金屬元素及參比元素背景值.本研究參照東海海域沉積物背景值[13](Cu:10.52,Zn:66.1, As:20.27,Cd:0.053,Pb:20.27,Cr:67.4,Fe:45.5;單位: mg/kg).

(2) 地累積指數(shù)法,1969年法國科學家Müller[24]提出地累積指數(shù)(geo)法,可直觀反映外源重金屬污染在沉積物中的富集程度,目前被廣泛使用.該方法利用重金屬的含量與其地球化學背景值的關系,來評價重金屬的污染程度,計算公式如下:

式中:C為沉積物中重金屬實測含量;B為黏質沉積巖(即普通頁巖) 中該元素的地球化學背景值,這里采用的參照標準與富集系數(shù)計算時相同[13].geo法將重金屬污染劃分為7個等級:geo￡0,無污染;geo為0~1,輕度污染;geo為1~2和2~3分別為偏中度和中度污染;geo為3~4、4~5、5~6分別為偏重、嚴重和極重污染.

1.2.5 數(shù)據(jù)處理 采用SPSS 19.0 軟件進行數(shù)據(jù)相關性和聚類分析.相關性分析采用雙尾檢驗, Pearson系數(shù)差異顯著和極顯著水平分別為=0.05和0.01.

2 結果與討論

2.1 地球化學指標

重金屬的形態(tài)分布會受到沉積物的地球化學指標影響.馬鞍列島海域表層沉積物呈中性-弱堿性,pH值在7.23~7.45范圍內,平均值為7.36.氧化還原電位結果顯示:采樣點h<0,沉積物處于還原環(huán)境,最大的h為(S5) -90mV,最小h(S12) -158mV.研究表明,水團的運動是影響馬鞍列島表層沉積物Eh的重要因素,S5站點處于人工魚礁增殖放流區(qū),海底人工魚礁或者其他構筑物產(chǎn)生的流態(tài)效應增加了上下層水體的交換,使底部水體溶解氧升高,進而導致沉積物h升高[17].總體上呈現(xiàn)近島礁區(qū)h高于遠島礁區(qū)h值.

根據(jù)Folk分類法[25],沉積物顆粒按粒徑大小可分為砂礫(2~0.063mm)、粉礫(0.063~0.004mm)、黏礫(<0.004mm)3個粒級組分.近島礁區(qū)域沉積物主要以粉礫和黏粒為主,高達87%以上,而遠島礁區(qū)的沉積物86%以上是砂礫和粉礫.圖3是馬鞍列島粒度([2,3])空間分布圖,顏色越深,表示黏粒含量越高.從圖3可知,S5站點顏色較深,其黏粒和粉粒所占比例高達95%,而S12站點顏色最淺,沉積物砂粒和粉粒比例同樣達到了95%.粒級組成及分布特征可能與該區(qū)域沉積環(huán)境相關,由于S2、S6、S9站點均位于網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)域,在養(yǎng)殖期間,大量網(wǎng)簾及竹竿的架設對水動力起阻滯作用,加速了懸浮顆粒物質的沉積,養(yǎng)殖區(qū)呈淤積狀態(tài)[26].而S5處于人工魚礁增殖放流區(qū),在礁體及礁區(qū)周圍引起上升流、沉積流和渦旋流等變化,增加水體交換速率[27].但因形態(tài)及魚礁內外構造不同,對流速流態(tài)的影響程度也不同.因此,由于礁體的形狀和大小的差別以及投放點環(huán)境的差異可能對海洋的水動力起阻滯作用,從而導致淤泥狀態(tài)[28].此外,近島礁地區(qū)受到潮流作用影響,導致該海域近島礁區(qū)沉積物細顆粒組分含量也相對較高.

圖3 馬鞍列島海域沉積物粒度(D[3,2]) 空間分布 Fig.3 The percentage of grain size(D[3,2])and the spatial distribution of granularity of sediments in the Ma'an archipelago sea area

2.2 重金屬形態(tài)及其分布

馬鞍列島表層沉積物中重金屬各形態(tài)百分比組成的空間分布見圖4.Pb次生相的質量分數(shù)最高 (89%),Cd、Zn較高,分別為68%和67%,Cu為57%.As次生相賦存形態(tài)水平最低,為17%,而Cr和Ni分別為23%、44%.

重金屬的可交換態(tài)及碳酸鹽結合態(tài)(F1)對沉積物環(huán)境中的pH值變化敏感,F1形態(tài)在中性以及酸性條件下易于遷移轉化.總體上馬鞍列島海域呈中性至弱堿性,因此碳酸鹽結合態(tài)重金屬不易向水體釋放,容易被沉積物中的底棲生物直接吸收利用[29].從圖4上,馬鞍列島海域表層沉積物中 As、Cr、Cu的F1含量較低,小于5%.Pb、Ni、Zn的F1形態(tài)含量在5%~10%之間,Cd的F1形態(tài)所占比例最高,達到25%,這與劉宛宜等[30]在多海域中Cd以F1 為主要賦存形態(tài)的結論基本一致.此外,Cd在S2站點的含量達到最高 (0.186mg/kg) ,這可能由于S2的pH值較低,導致相比于其他站點易于遷移轉化.

Fe/Mn氧化物結合態(tài)(F2)被鐵錳氧化物包裹或本身已成為氫氧化物沉淀的部分,當氧化還原電位降低或水體缺氧時較易釋放,成為生物可利用態(tài),具有潛在可遷移性和生物可利用性.沉積物的Eh測定結果表明,該海域表層沉積物呈還原性特征.因此除Cd外,其他重金屬的F2形態(tài)含量明顯高于F1,其中Pb、Cr、Cu的F2形態(tài)比F1高出1個數(shù)量級,Pb的F2形態(tài)高達79%.Zn、Ni、As的F2形態(tài)也比F1高出3倍.空間分布上,重金屬元素的F2形態(tài)也呈現(xiàn)近島礁含量高于遠島礁的特征.研究表明, Pb、Zn、Cu具有相似的地球化學性質,Pb、Zn、Cu均以 Fe/Mn氧化物結合態(tài)(F2)為主要賦存形態(tài),可能與它們類似的地球化學性質有關[31].

有機質及硫化物結合態(tài)(F3)是指重金屬元素與有機活性基團或硫離子結合的部分,不同元素與有機化合物結合的差異較大,通常情況只在強氧化條件才可釋放,因此F3形態(tài)占比較小.As、Pb的F3形態(tài)呈現(xiàn)較低水平,占比小于5%,Cr、Cu的F3形態(tài)分別為12.7%和16.0%,而Zn、Ni的F3占比分別為23.9%和21.4%,Cd的F3形態(tài)含量最高,占比為 31.9%,與F1形態(tài)占比相當.

殘渣態(tài)(F4)主要賦存在原生礦物和次生硅酸鹽礦物晶格中,性質很穩(wěn)定,對沉積物重金屬的遷移和生物可利用貢獻極小.其中As、Cr、Ni的含量相對較高,其F4形態(tài)占比分別達到82.3%、77.3%和55.6%,因此,Cr、As、Ni以原生相為主要賦存形態(tài),這也表明沉積物中的As、Cr、Ni釋放遷移能力較小.Pb的F4形態(tài)占比最低,僅為10.5%.

綜上,Cu、Zn、Pb、Cd以次生相為主要賦存形態(tài),其中Cu、Zn、Pb均以Fe/Mn氧化物結合態(tài) (F2) 為主要賦存形態(tài),而Cd則以可交換態(tài)以及碳酸鹽結合態(tài)(F1)與有機物及硫化物結合態(tài)(F3)為主要賦存形態(tài).

表層沉積物中重金屬含量從幾到幾十mg/kg不等,含量順序為Zn (81.67) >Cr (75.34) >Ni (36.69) >Pb (23.27) >Cu (20.52) >As (14.80) >Cd (0.12),但均滿足國家海洋沉積物質量I類標準 (MSQ-1)[32].從圖5來看,總體上重金屬總含量呈現(xiàn)近島礁區(qū)高于遠島礁區(qū)的特征,其中綠華島深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)S2站位Pb、Zn含量較高,石斑魚等資源保護區(qū)站位S1與S8站位As、Cd含量相當,人工魚礁增值放流區(qū)S5站位的Cr、Cu、Ni含量較高.綜合S2、S5、S8站點的地理特征、粒徑百分比和沉積學研究,不同粒度組成在沉積過程中的行為和動力學性質不同,礫、沙等粗粒沉積物作為較強水動力的標志,粉沙和黏土沉積物則屬于弱水動力特征[33].近幾十年來大量的人為陸源重金屬進入東海,加之東海環(huán)流的影響,長江輸入的重金屬主要沉積在長江口泥質區(qū)和東海內陸架泥質區(qū)[34].而東海內陸架泥質區(qū)黏土組分的含量普遍高于長江口泥質區(qū),這增加了該區(qū)域對重金屬的吸附能力,且沉積物粒度越細重金屬元素累積程度越高,因此以粉粒和黏粒為主的近島礁區(qū)域更容易富集重金屬元素,而以砂粒和粉粒為主,處于深海遠島礁區(qū)則不利于重金屬沉積.

2.3 重金屬富集特征

從圖6得出,沉積物中重金屬富集順序:Cd > Cu > Ni > Zn > Pb > Cr > As. EF與geo值呈現(xiàn)相同的趨勢,其中近島礁區(qū)大部分站點Cd、Cu均顯示一定程度的富集(11),但其EF (<1)和geo(<0)的值較低,雖未達到富集污染程度,但仍需提高對Zn、Pb的關注.Cd和Cu是以次生相為主(次生相與原生相比值>1),其EF (2>EF>1)和geo(>0)的值較高,這表明馬鞍列島沉積物重金屬Cd和Cu存在富集污染現(xiàn)象,表明了兩種沉積物重金屬受到一定人為活動影響.

自然條件下重金屬元素總量與參比因子之間應具有良好的相關性,通過參比元素Fe與馬鞍列島沉積物重金屬含量進行相關性分析,從而定量化的描述人為活動的污染程度,如表1所示,Zn、Pb、Cr、As、Ni與Fe呈現(xiàn)顯著相關,其中Cr、Ni呈現(xiàn)出極顯著相關性,這表明Zn、Pb、Cr、As、Ni可能源于地殼或巖石圈的自然風化過程,而Cd、Cu與Fe不相關,說明Cd、Cu可能主要是受人為活動的

影響,而Cd、Cu主要集中在站位S1~S9(近島礁區(qū)),尤其S1、S2、S5、S8站點地處人類活動場所密集區(qū)(養(yǎng)殖區(qū)、人工魚礁、水生動物保護區(qū)),其中Cd含量較高可能是由于S1處于海流交匯口,水動力作用的影響,造成了泥沙不斷搬運,通過對不同顆粒的物質進行動力分選,最終導致不同化學組分在不同海域進行沉降和富集或者溶解和擴散.

表1 重金屬元素之間的相關性分析矩陣Table 1 The correlation analysis matrix between heavy metals

注:*表示顯著相關 **表示達到極顯著水平.

而S2、S8分別是抗風浪深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)以及石斑魚資源保護區(qū).蔣曾杰等[35]通過對海水魚類網(wǎng)箱養(yǎng)殖水域沉積物有機質的來源進行甄別,發(fā)現(xiàn)殘餌和魚類糞便是海水魚類網(wǎng)箱養(yǎng)殖過程中的主要污染來源.研究表明,Cd來源很大可能是受到深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖過程中有機污染的影響[36].此外,在網(wǎng)箱養(yǎng)殖過程中,為促進養(yǎng)殖生物生長以及預防病害的需要,使用有機銅化合物以及硫酸銅等,導致大量的重金屬Cu進入沉積物環(huán)境中,使得養(yǎng)殖區(qū)內表層沉積物的重金屬Cu絡合能力要比非養(yǎng)殖區(qū)表層沉積物高[37].S5為人工魚礁增殖放流區(qū),由于海底構筑物體積較大,阻擋了增殖放流區(qū)內沉積物向外海運輸,導致海底構筑物重金屬總量累積,這與賈婷婷等[38]、李大鵬等[39]在渤海灣、海州灣人工魚礁區(qū)表層沉積物重金屬分布特征中發(fā)現(xiàn)Cd存在污染的現(xiàn)象一致.此外,研究表明,當風向為北西—南東時,金屬富集區(qū)總體有朝西北方向延伸的趨勢[40],馬鞍列島所處氣候為亞熱帶季風氣候,夏季采樣時受東南風影響,處于西北沿線的S5、S6、S9站點Cu和Cd在此區(qū)域含量較高.

圖7 樣本聚類分析(Q-型) Fig.7 The cluster analysis (Q-method) of samples

為研究各變量之間的差異性以及相似性,同時驗證重金屬來源及控制因素[41],利用沉積物地球化學特性指標、不同形態(tài)重金屬元素含量對沉積物采樣站位進行Q-型聚類分析(即樣本聚類).Q-型聚類分析結果顯示,馬鞍列島海域表層沉積物樣品可分為4類(圖7).第1類為S2,S5,S6,由于站點處于半封閉區(qū)且水動力較弱,一方面人為活動通過外海不斷輸入,另一方面半封閉區(qū)阻礙了沉積物向外海運輸?shù)哪芰?導致重金屬總量在區(qū)域內加積,含量相對較高;第2類為S1,S7,S8,此類在空間位置上處于海流的交匯口,同時可能受到綠華山錨地的影響,導致三個站點間重金屬含量相差較大,其空間分布差異性也較高;第3類為S3,S4,S9,S10和S11,站點的含量較為平均,含量也相對較低,各站點間重金屬含量差異性較弱,這可能是由于所測站點離島礁存在一定距離,人為活動影響較小所導致.第4類為S12,處于離島礁最遠的S12站點,人為活動的影響最小,同時還可能受到海流,地球化學特性指標的影響,導致重金屬在該站點含量最小.

3 結論

3.1 馬鞍列島海域沉積物呈中性-弱堿性,屬還原環(huán)境.近島礁區(qū)域以粉礫和黏粒為主,而遠島礁區(qū)域以砂礫和粉礫為主.

3.2 7種重金屬含量均滿足國家海洋沉積物質量I類標準,總體上呈近島礁區(qū)高于遠島礁區(qū)的分布特征.

3.3 Cu、Zn、Pb、Cd以次生相為主要賦存形態(tài),其中Cu、Zn、Pb均以Fe/Mn氧化物結合態(tài) (F2) 為主要賦存形態(tài),而Cd則以可交換態(tài) (F1) 與硫化物結合態(tài) (F3) 為主.

3.4 綜合次生相/原生相、EF、geo估算與評價以及沉積物地球化學特性,Cr、As、Ni可能主要是自然沉積的結果;Cu、Cd、Zn和Pb存在陸源或人為活動影響,Cd、Cu存在富集污染現(xiàn)象 (2>EF>1,geo>0), Zn、Pb人為來源尚未達到富集污染程度,但需加強監(jiān)測或關注.

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致謝：上海市浦東新區(qū)環(huán)境監(jiān)測站丁溪萍、徐青協(xié)助指導部分實驗分析,吳星辰同學協(xié)助指導繪圖,謹致謝忱!

Contamination level and source determination of heavy metals in surface sediments from the Ma'an Archipelago based on the total content and speciation analysis.

SHI Yi-qian, ZHAO Xu, LIN Jun, LI Da-peng, HUANG Hong*, ZHANG Shou-yu

(College of Marine Ecology and Environment, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)., 2019,39(3)：1189~1198

In order to understand the pollution characteristics of seven heavy metals in the surface sediments from the Ma'an Archipelago, several sediment samples were collected in June 2017 and their geochemical parameters such as pH, oxidation-reduction potential (h), and grain size ([3,2]) were simultaneously recorded. The modified method of BCR was used to determine the total content and speciation of the seven heavy metals (Cr, As, Ni, Zn, Pb, Cu, Cd). Among them, Cr, As and Ni were mainly existed in the occurrence form of primary phase, Zn, Pb, Cu and Cd were detected in the occurrence form of secondary phases; Also, the pollution characteristics and sources of the heavy metals in the sediments were primarily explored by using the enrichment factor coefficient (EF) and geoaccumulation index (geo). The results showed that the sediments of the Ma'an Archipelago were neutral-weakly alkaline, belonged to the reducing environment. The clay particles were mainly found in the adjacent reef area of island, and the gravel particles were mainly distributed in the further region from the island. The entire pollution level of seven heavy metals satisfied the Class I Standards of Marine Sediment Quality. The Cd was mainly composed of the exchangeable and carbonate fractions (F1), organic matter and sulfide fractions (F3). And the Zn, Pb and Cu were mainly presented in the iron-manganese oxide states (F2), while Cr, As, and Ni were found in the residual state. Refer to Fe, the order of the enrichment degree of the seven heavy metals was Cd> Cu> Ni> Zn> Pb> Cr> As. The results of spatial analysis showed that the Cu, Cd mainly existed in the reef area closed to the island, proving their anthropogenic sources, while other heavy metals were mainly released from natural sources. Moreover, except Ni, higher contents of Cu, Pb, Cd, As, Cr, and Zn were found near the island. In general, the total amount of heavy metals in sediments from the National Special Marine Protected Area of Ma'an Archipelago were relatively low, and the effects of ecological protection and restoration of local sediment maintained well.

Ma'an Archipelago；sediment；heavy metal；BCR；enrichment coefficient；geoaccumulation index

X53,P596

A

1000-6923(2019)03-1189-10

石一茜(1995),女,上海海洋大學碩士研究生,環(huán)境工程專業(yè),上海海洋大學.

2018-08-13

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系專項資金資助(CARS-50)

* 責任作者, 副教授, hhuang@shou.edu.cn