廣西山口紅樹林生態(tài)自然保護區(qū)海域沉積物重金屬污染狀況及潛在生態(tài)風(fēng)險評價

譚趣孜 巫冷蟬 李斌

摘要 為了解山口紅樹林生態(tài)自然保護區(qū)海域沉積物重金屬的污染特征，于2018年1—2，6—8月采集表層沉積物，分析了沉積物中銅、鋅、鉛、鎘、鉻、汞、砷的含量。采用單因子污染指數(shù)評價法和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法進行重金屬污染現(xiàn)狀和生態(tài)風(fēng)險評價。根據(jù)《海洋沉積物質(zhì)量》GB18668—2002一類標(biāo)準(zhǔn)評價結(jié)果，干季、濕季超標(biāo)的環(huán)境因子均為油類、有機碳、硫化物，其余環(huán)境因子均小于1，有較大的環(huán)境容量。根據(jù)潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果，干季、濕季各站位重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)均小于150，沉積物重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險程度較輕，屬于低風(fēng)險范疇。

關(guān)鍵詞 山口紅樹林生態(tài)自然保護區(qū);重金屬;潛在生態(tài)風(fēng)險評價

Abstract In order to understand the pollution characteristics of heavy metals in the sediments of Shankou Mangrove Ecological Nature Reserve， the surface sediments were collected from January to February， from June to August，2018， and the contents of Cu， Zn， Pb， Cd， Cr， Hg and As in the sediments were analyzed. Single factor pollution index and potential ecological risk index were used to evaluate the current situation and ecological risk of heavy metal pollution. According to the assessment results of class I standard GB18668-2002 of marine sediment quality， the environmental factors exceeding the standard in dry and wet seasons were oil， organic carbon and sulfide， and the other environmental factors were all less than 1， with large environmental capacity. According to the results of potential ecological risk assessment， the comprehensive potential ecological risk index of heavy metals in dry and wet seasons was less than 150， and the potential ecological risk degree of heavy metals in sediment was relatively light， which belonged to the category of low risk.

Key words Shankou mangrove ecological nature reserve;Heavy metal;Potential ecological risk assessment

山口紅樹林生態(tài)保護區(qū)地處亞熱帶，位于廣西合浦縣沙田半島東西兩側(cè)，海岸線共50 km，總面積8 000 hm2，是我國第二個國家級紅樹林自然保護區(qū)。它由該半島東側(cè)和西側(cè)的海域、陸域及全部灘涂組成。東側(cè)是火山灰發(fā)育的土壤，灘涂淤泥肥沃，紅樹林生長特別茂盛。西岸灘涂全為淤泥質(zhì)，適宜紅樹林生長。這里是我國大陸海岸發(fā)育較好、連片較大、結(jié)構(gòu)典型、保存較好的天然紅樹林分布區(qū)。區(qū)內(nèi)的紅樹林是我國大陸海岸紅樹林典型代表，是發(fā)育良好，結(jié)構(gòu)獨特，連片較大，保存較完整的天然紅樹林[1]。

沉積物是重金屬污染物的載體和 “蓄積庫”，在水-沉積物體系中，沉積物是污染物比較穩(wěn)定的歸宿，也是與水體進行物質(zhì)交換的界面，許多物理化學(xué)過程和生物化學(xué)過程都通過這個界面進行。重金屬一旦參與食物鏈循環(huán)并最終在生物體內(nèi)積累，將會破壞生物體正常生理代謝活動。此外通過生物富集和放大作用，重金屬會對整個近岸海域生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成直接或間接的威脅[2-3]。重金屬是主要的環(huán)境污染物，具有蓄積性、持久性和生物毒性等特點[4-6] 。 沉積物是海洋環(huán)境中重金屬的“源”和 “匯”。 沉積物重金屬的自然來源有礦化、侵蝕、火山爆發(fā)等，人為來源則包括工業(yè)活動、污水排放、采礦、冶煉等[7-8] 。沉積物重金屬的生物毒性或潛在生態(tài)風(fēng)險是當(dāng)前水環(huán)境重金屬研究的熱點問題之一[9]。對該海域沉積物重金屬分布特征、污染狀況及潛在生態(tài)風(fēng)險進行評價，以期為該保護區(qū)的海洋環(huán)境保護和海洋資源可持續(xù)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

在山口國家級紅樹林生態(tài)自然保護區(qū)的3個海區(qū)（丹兜海、英羅港、馬鞍嶺）布設(shè)C1～C5斷面，每條斷面垂直于岸線，分別在高潮帶、中潮帶和低潮帶設(shè)置1個站位，共15個站位。分別在2018年1—2、6—8月進行干、濕兩季調(diào)查。

1.2 樣品分析方法

調(diào)查海域沉積物監(jiān)測內(nèi)容包括汞、砷、銅、鋅、鉛、鎘、鉻共7項。銅、鋅、鉛、鎘、鉻采用原子吸收分光光度法測定，汞、砷采用原子熒光法測定。樣品的采集、貯存、運輸及分析均按《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB 17378—2007）、《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB 12763—2007）中的規(guī)定進行。

1.3 評價方法

1.3.1 沉積物評價標(biāo)準(zhǔn)。

按山口國家級紅樹林自然生態(tài)保護區(qū)和廣西壯族自治區(qū)海洋功能區(qū)劃（2011—2020年）的管理要求，保護區(qū)海域和紅樹林的沉積物環(huán)境采用一類海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。各評價標(biāo)準(zhǔn)參考

《海洋沉積物質(zhì)量》GB 18668—2002：總汞≤0.20×10-6，鎘≤0.50×10-6，鉛≤60.0×10-6，鋅≤150.0×10-6，銅≤35.0×10-6，砷≤20.0×10-6，鉻≤80.0×10-6。

1.3.2 沉積物質(zhì)量評價方法。

采用單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法對沉積物進行評價。標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)的計算公式為：

以單因子污染指數(shù)1.0作為該因子是否對環(huán)境產(chǎn)生污染的基本分界線，小于1.0表明該因子未超出標(biāo)準(zhǔn);大于1.0表明超出標(biāo)準(zhǔn)，沉積物已受到該因子污染。

1.3.3 紅樹林沉積物重金屬污染程度及生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價。

采用單因子污染系數(shù)Cif表征沉積物重金屬i的污染程度，Cif<1為低污染;1≤Cif<3為中污染;3≤Cif<6為較高污染;Cif≥6為很高污染。多種重金屬綜合效應(yīng)采用綜合污染指數(shù)Cd來表示，Cd <5為低污染;5≤Cd<10為中污染;10≤Cd<20為較重污染;Cd≥20為重污染。單因子污染系數(shù)和綜合污染指數(shù)計算方法如下：

式中，Cd為沉積物重金屬總體污染指數(shù);Cif為重金屬i的污染指數(shù);Ci為重金屬i的實測質(zhì)量分數(shù);Cin為重金屬i的背景參照濃度，由于背景值選定無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合區(qū)域研究現(xiàn)狀能更好地反映重金屬地球化學(xué)背景值，因此選定鐵山港沉積物中銅、鉛、鋅、鎘和汞的背景值為1983—1984年的調(diào)查值，分別為12.91×10-6、31.1×10-6、70.2×10-6、0.430×10-6、0.093×10-6，砷的背景值采用工業(yè)化以前沉積物的全球最高背景值，為15.0×10-6。

Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法是目前常用的重金屬評價方法之一，該方法不僅考慮了重金屬的單因子污染系數(shù)，引入了重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)，還估計到背景值的地域差異性，被普遍用于綜合評價重金屬對海域環(huán)境的危害程度及其潛在生態(tài)風(fēng)險[10]，其計算方法為：

式中，Tir為重金屬i的毒性系數(shù)，它反映該金屬的毒性水平及生物對重金屬污染的敏感程度，銅、鉛、鋅、鎘、鉻、汞和砷的Tri分別為5、5、1、30、2、40、10;Eir為單個重金屬i的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù);IRI為沉積物中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)。依據(jù)Eir和IRI對沉積物中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險進行等級劃分（表1）。

2 結(jié)果與分析

2.1 鐵山港表層沉積物重金屬含量分布特征

保護區(qū)海域沉積物汞含量為0.012×10-6～0.064×10-6，平均為0.030×10-6;汞的平均含量以丹兜海較高，英羅港和馬鞍嶺接近。砷含量為0.565×10-6～9.410×10-6，平均為3.990×10-6;砷的平均含量以英羅港較高，馬鞍嶺居次，丹兜海最低。銅含量在未檢出～14.7×10-6，平均值為4.31×10-6;銅的平均含量最高的是馬鞍嶺，其次是英羅港，丹兜海的最低。鉛的含量為未檢出～12.7×10-6，平均值為6.23×10-6;鉛的平均含量最高的是英羅港，其次是丹兜海，最低是馬鞍嶺。鋅的含量為未檢出～54.0×10-6，平均值為21.2×10-6;馬鞍嶺和英羅港的沉積物鋅含量接近且較高，丹兜海的含量較低。鎘含量較低，僅個別監(jiān)測站位檢出，在未檢出～0.105×10-6，平均值為0.045×10-6;鎘的平均含量以丹兜海的較高，馬鞍嶺次之，英羅港最低。鉻含量為未檢出～62.5×10-6，平均值為17.3×10-6;各海灣沉積物鉻的平均含量以馬鞍嶺的較高，英羅港的次之，丹兜海的最低。

2.2 單因子污染指數(shù)評價結(jié)果

根據(jù)單因子污染指數(shù)的評價結(jié)果（表2），干季沉積物污染程度比較重的是油類、有機碳、硫化物。其中油類有67%的站位超標(biāo)，有機碳47%的站位超標(biāo)，硫化物27%的站位超標(biāo)。汞、砷、銅、鉛、鋅、鎘、鉻等單因子污染指數(shù)均小于1，具有較大的環(huán)境容量，滿足海洋沉積物質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)單因子污染指數(shù)的評價結(jié)果（表3），濕季沉積物污染程度比較重的也是油類、有機碳、硫化物。其中油類有47%的站位超標(biāo)，有機碳53%的站位超標(biāo)，硫化物33%的站位超標(biāo)。汞、砷、銅、鉛、鋅、鎘、鉻等金屬元素均未超標(biāo)。

2.3 重金屬污染程度

從重金屬單因子污染系數(shù)的評價結(jié)果看，干季沉積物銅有33%的站位單因子污染系數(shù)大于1，鋅有3個站位，砷有2個站位的污染系數(shù)略高于1，其余站位污染系數(shù)均小于1（表4）。污染系數(shù)的均值由大到小依次為銅>砷>鋅>汞>鉛>鎘，銅、砷是干季重金屬最主要的環(huán)境污染因子。濕季沉積物銅有40%的站位單因子污染系數(shù)大于1。除了汞、砷各有3個站位的污染系數(shù)高于1，其余站位污染指數(shù)均小于1（表5）。污染系數(shù)的均值由大到小依次為銅>砷>汞>鋅>鎘>鉛，因此銅、砷也是濕季重金屬最主要的環(huán)境污染因子。

從重金屬的綜合污染指數(shù)看，除了C4-L為5.24，略高于5，處于中等污染水平，其余站位均小于5，處于低污染水平。干季，各站位的重金屬綜合污染程度由大到小依次為C3>C2>C4>C5>C1;濕季，各站位的重金屬綜合污染程度由大到小依次為C4>C3>C5>C1>C2。

2.4 生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價結(jié)果

從干季沉積物潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果來看，除了汞在C3-H站位的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)超過40，其余重金屬因子在各站位的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)均遠小于40，均值為0.69～22.12，表明干季各重金屬潛在水平較低，潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)均值由大到小依次為汞>砷>鎘>銅>鉛>鋅;各站位重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)均小于150，所有站位的平均值為41.49，根據(jù)總潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)分級，干季沉積物重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險程度較輕，屬于低風(fēng)險的范疇。

從濕季沉積物潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果來看，除了汞在C5-H、C5-L站位的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)超過40，其余重金屬因子在各站位的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)均小于40，均值為0.57～32.19，表明濕季各重金屬潛在水平較低，潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)均值由大到小依次為汞>鎘>砷>銅>鉛>鋅;各站位重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)均小于150，所有站位的平均值為5722，根據(jù)總潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)分級，濕季沉積物重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險程度較輕，屬于低風(fēng)險的范疇。

3 結(jié)論

從干季、濕季紅樹林潮間帶沉積物的調(diào)查結(jié)果來看，各環(huán)境因子的站位分布狀況沒有明顯的規(guī)律性。根據(jù)《海洋沉積物質(zhì)量》GB18668—2002一類標(biāo)準(zhǔn)評價結(jié)果，干季、濕季超標(biāo)的環(huán)境因子均為油類、有機碳、硫化物，其余環(huán)境因子均小于1，有較大的環(huán)境容量。從重金屬單因子污染指數(shù)的評價結(jié)果看，干季各重金屬元素的污染程度為銅>砷>鋅>汞>鉛>鎘，各站位的重金屬綜合污染程度由大到小分別為C3>C2>C4>C5>C1。濕季重金屬元素的污染程度為銅>砷>汞>鋅>鎘>鉛，各站位的重金屬綜合污染程度由大到小分別為C4>C3>C5>C1>C2。根據(jù)潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果，干季、濕季各站位重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)均小于150，沉積物重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險程度較輕，屬于低風(fēng)險范疇。

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