基于模糊綜合評(píng)價(jià)的粵港澳大灣區(qū)海洋沉積物中重金屬污染演變歷史?以大亞灣為例

曲寶曉，宋金明，袁華茂

( 1. 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071；2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266237；3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4. 中國(guó)科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心，山東 青島 266071)

1 引言

灣區(qū)通常是指以海灣為主要依托，由發(fā)達(dá)的都市群與港口群以及相互連接的高效交通系統(tǒng)等空間要素構(gòu)成的城市密集區(qū)。由于灣區(qū)一般具有優(yōu)良的自然生態(tài)環(huán)境和優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)地理區(qū)位，因此該區(qū)域人口稠密，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)[1]。目前全球有紐約、舊金山和東京三大著名灣區(qū)。我國(guó)的粵港澳大灣區(qū)于2015年首次被明確提出，其主要包括廣州、深圳、珠海、佛山、中山、東莞、肇慶、江門(mén)、惠州9個(gè)城市，以及香港和澳門(mén)兩個(gè)特別行政區(qū)，陸域面積達(dá)5.6×104km2，人口6600多萬(wàn)。粵港澳大灣區(qū)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)、工業(yè)化與城市化程度最高的區(qū)域之一，擔(dān)當(dāng)了我國(guó)建設(shè)世界級(jí)城市群和參與全球競(jìng)爭(zhēng)的重要使命[2]。目前對(duì)粵港澳大灣區(qū)的研究多圍繞其整體功能定位、內(nèi)部區(qū)域整合和發(fā)展策略探索等方面。然而隨著城市化進(jìn)程和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移步伐的不斷加快，粵港澳大灣區(qū)工農(nóng)業(yè)高度集約發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題日益凸顯，嚴(yán)重威脅區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全和人居環(huán)境健康，成為影響粵港澳大灣區(qū)可持續(xù)發(fā)展的突出矛盾。

大灣區(qū)具有獨(dú)特的地理位置。來(lái)自灣區(qū)陸域和海域的污染物通常會(huì)在海灣沉積物中大量地沉積埋藏。因此，海灣沉積物不僅是生態(tài)環(huán)境污染的產(chǎn)物，也是記錄灣區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要信息載體[3?4]。通過(guò)系統(tǒng)研究海灣沉積物中污染物的組成、含量、形態(tài)等特性，一方面可直接獲得環(huán)境污染狀況演變規(guī)律，另一方面還能夠掌握整個(gè)灣區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的歷史脈絡(luò)，明確人為活動(dòng)對(duì)大灣區(qū)生態(tài)環(huán)境的深遠(yuǎn)影響[5?6]。然而，沉積物的“污染程度”并非是一個(gè)確鑿且清晰的概念，沉積物環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)與不同標(biāo)準(zhǔn)之間的界限往往存在模糊不清的特性，如何消除由此帶來(lái)的不確定性至關(guān)重要[7]。模糊綜合評(píng)價(jià)（Fuzzy Comprehensive Assessment, FCA）是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)價(jià)方法，它根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的權(quán)重，定量評(píng)估不同污染物對(duì)總體污染程度的貢獻(xiàn)[8]。模糊綜合評(píng)價(jià)能夠?qū)⒁恍┻吔绮磺?，不易定量的因素定量化，具有結(jié)果清晰，系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此它能夠較好地解決模糊的、難以量化的問(wèn)題。

大亞灣位于我國(guó)廣東省的東南部，珠江口東側(cè)，西南臨近香港特區(qū)，北靠廣東惠州，南接廣闊的南海，是粵港澳大灣區(qū)最大的海灣之一，承載了粵港澳大灣區(qū)海陸交通樞紐、臨海工業(yè)基地、重要城市中心、海洋經(jīng)濟(jì)生物搖籃等諸多經(jīng)濟(jì)社會(huì)職能[9]。20世紀(jì)70年代以前，大亞灣周邊地區(qū)基本處于自然狀態(tài)，沿岸居民較少，生態(tài)環(huán)境優(yōu)良。然而70年代以后，大亞灣沿岸經(jīng)濟(jì)獲得了迅猛發(fā)展，但其生態(tài)環(huán)境也相應(yīng)發(fā)生了較大變化[10?12]。重金屬作為重要的污染物，具有來(lái)源廣泛、無(wú)法分解、生物累積和毒性效應(yīng)明顯等特點(diǎn)。沉積物中的重金屬是環(huán)境污染評(píng)價(jià)的理想指標(biāo)。綜合以上，本研究擬以大亞灣為研究實(shí)例，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法系統(tǒng)探討粵港澳大灣區(qū)海洋沉積物中主要重金屬元素（Cd、Cr、Cu、Pb、Zn）的“污染程度”。與此同時(shí)，結(jié)合我國(guó)的海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 18668?2002）及大亞灣沉積年代學(xué)訊息，定量獲得近百年來(lái)大亞灣沉積物的污染狀況與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，厘清大亞灣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的歷史演變進(jìn)程，以便更好地服務(wù)于粵港澳大灣區(qū)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

2 材料與方法

2.1 調(diào)查站位與樣品采集

大亞灣是一個(gè)典型的亞熱帶半封閉內(nèi)灣式海灣。其東西寬約20 km，南北長(zhǎng)約30 km，總面積約為600 km2，平均水深11 m，灣內(nèi)有大小島嶼50余個(gè)，擁有大鵬澳、啞鈴灣（澳頭灣）、范和港等一系列小的海灣（圖1）[13]。從1986年開(kāi)始在大亞灣西南部建成我國(guó)第一座商用核電站，1992年大亞灣規(guī)劃區(qū)被批準(zhǔn)為國(guó)家經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)以來(lái)，一大批工業(yè)項(xiàng)目在此建立。目前大亞灣地區(qū)已建有大亞灣核電站與嶺澳核電站、廣州石化原油碼頭、南海石化、惠州天然氣發(fā)電廠等大型工業(yè)項(xiàng)目。目前大亞灣周邊已發(fā)展成為石油化工、電子信息、汽車(chē)裝備等優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展的珠江口東岸重要的臨港工業(yè)基地。

圖1 大亞灣調(diào)查站位Fig. 1 Sampling stations in the Daya Bay

本研究于2015年7月27日至8月1日，搭乘“粵霞漁指20010”調(diào)查船，利用重力柱狀采樣器在大亞灣采集了D1和D2兩個(gè)柱狀沉積物巖心樣品。D1站位于中海殼牌石油化工有限公司工業(yè)園外部海域，位置為22°43′2.1″N，114°35′38.76″E，水深4.4 m。D2站位于大亞灣中部的喜洲島附近，位置為22°40′48″N，114°37′12″E，水深8.7 m?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)巖心長(zhǎng)度將柱狀沉積物按1～2 cm間隔分樣，并將分好的沉積物樣品密封，置于?20℃冷凍保存，24 h內(nèi)送往陸地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)處理、分析、測(cè)定工作。

2.2 樣品分析與測(cè)定

2.2.1 沉積物中重金屬含量

在進(jìn)行分析之前，先將沉積物樣品冷凍干燥至恒重，然后使用瑪瑙研缽將沉積物樣品研磨至100目以下，準(zhǔn)確稱(chēng)取0.0500 g待測(cè)樣品。利用硝酸（6 mL）、氫氟酸（2 mL）、過(guò)氧化氫（2 mL）的混合液在MARS 6型微波消解儀（CEM, 美國(guó)）中將待測(cè)樣品進(jìn)行高溫消解。樣品消解液中的主要重金屬（Cd、Cr、Cu、Pb、Zn）含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS）（Agilent 7500, 美國(guó)）測(cè)定，而消解液中的Al則采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry, ICP-AES）（Perkin-Elmer Optima 7300 DV, 美國(guó))測(cè)定[10]。樣品處理與測(cè)定過(guò)程中嚴(yán)格進(jìn)行相關(guān)質(zhì)量保證與質(zhì)量控制措施：所有實(shí)驗(yàn)器皿皆使用5%的硝酸浸泡72 h以上；采用6020ISS混合內(nèi)標(biāo)（Inorganic，美國(guó)）對(duì)儀器漂移和基體效應(yīng)進(jìn)行校正；采用GBW07429和GBW07309標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)分析測(cè)定進(jìn)程進(jìn)行質(zhì)量控制，相關(guān)回收率為89%～103%。

2.2.2 沉積物年代學(xué)訊息

本研究中大亞灣柱狀沉積物的年代學(xué)訊息來(lái)自于文獻(xiàn)[11]。具體來(lái)說(shuō)，D1沉積柱0～108 cm所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為2015?1895年，時(shí)間跨度為120 a，處于210Pb定年的有效范圍內(nèi)。相應(yīng)地，D2沉積柱0～68 cm沉積物對(duì)應(yīng)時(shí)間序列為2015?1874年，跨度為141 a，也處于210Pb定年的有效范圍內(nèi)。

2.2.3 重金屬污染評(píng)價(jià)

本研究分別采用富集因子法（Enrichment Factor,EF）和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法（Potential Ecological Risk Index, RI）對(duì)大亞灣沉積物中重金屬污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。富集因子法的計(jì)算方法如下：

式中，CS和CB分別為重金屬i在樣品和背景中的含量，AlS和 AlB分別為參考元素Al在樣品和背景中的含量。富集因子法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)參見(jiàn)表1[14]。

表1 富集因子法評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Category of enrichment factor (EF)

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法的計(jì)算方法如下[15]：

表2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Category of potential ecological risk index (RI)

本研究選取沉積柱最深的30 cm樣品的測(cè)定值作為重金屬污染評(píng)價(jià)的背景值（表3）。根據(jù)沉積速率推算，沉積柱最深的30 cm樣品對(duì)應(yīng)的時(shí)間為20世紀(jì)30年代以前，該段時(shí)期大亞灣沉積環(huán)境穩(wěn)定，人為影響可忽略，適合作為背景參考。

表3 沉積物重金屬背景值（C B）及毒性生物敏感性指數(shù)（）[15]Table 3 Background values (C B), toxicity and biological sensitivity of metals ()[15]

表3 沉積物重金屬背景值（C B）及毒性生物敏感性指數(shù)（）[15]Table 3 Background values (C B), toxicity and biological sensitivity of metals ()[15]

Al Cd Cr Cu Pb Zn CB/μg·g?1 D1 57572 0.05 86.20 20.25 56.81 99.79 D2 59036 0.06 77.44 9.82 40.10 104.53 Ti r 30 2 5 5 1

2.2.4 模糊綜合分析法

本研究采取的模糊綜合分析法具體分為5個(gè)步驟[16–19]。

首先，選取評(píng)估參數(shù)并建立評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。選取具有代表性的評(píng)估參數(shù)對(duì)最終評(píng)估結(jié)果的有效性至關(guān)重要。根據(jù)選取的各個(gè)評(píng)估參數(shù)，構(gòu)建評(píng)估參數(shù)集合A：

式中，a為某重金屬元素，n為評(píng)估參數(shù)的數(shù)量。本研究以重金屬Cd、Cr、Cu、Pb、Zn為評(píng)估參數(shù)，因此n=5。

根據(jù)選取的各評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)集合S：

式中，s為具體的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，m為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量或等級(jí)。本研究所采用的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為我國(guó)的《海洋沉積物質(zhì)量（GB 18668?2002）》，該標(biāo)準(zhǔn)將海洋沉積物質(zhì)量分為3個(gè)等級(jí)（即Ⅰ級(jí)，Ⅱ級(jí)，Ⅲ級(jí)）（表4），因此m=3。

表4 《中華人民共和國(guó)海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 18668?2002）》Table 4 China National Standard for Marine Sediment Quality(GB 18668?2002)

第二，根據(jù)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)s，計(jì)算評(píng)估參數(shù)a的隸屬度。本研究中，隸屬度反映的是重金屬a針對(duì)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)s的歸屬性或權(quán)重。隸屬度的計(jì)算方法如下：

式中，x為重金屬a的含量水平。本研究中r1(a)、r2(a)、r3(a)分別為重金屬a在海洋沉積物質(zhì)量等級(jí)Ⅰ級(jí)，Ⅱ級(jí)，Ⅲ級(jí)下的隸屬度。

第三，構(gòu)建模糊矩陣R。模糊矩陣R的構(gòu)建方法如下：

式中，rij(i=1,2,···,n;j=1,2,···,m)為 重金屬ai在估標(biāo)準(zhǔn)sj下的隸屬度。k在本研究中代表相應(yīng)的沉積物樣品，即不同深度層次下的沉積物樣品。

第四，構(gòu)建權(quán)值矩陣。在構(gòu)建權(quán)值矩陣之前，首先需要計(jì)算重金屬ai對(duì)沉積物k環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)率（或權(quán)值）:

式中，xi(k)為重金屬ai在沉積物k中的含量水平；si為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的平均值，在本研究中即為重金屬ai在s1、s2、s3下的平均值；Wi(k)為重金屬ai對(duì)沉積物k環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)率。

在獲得重金屬ai對(duì) 沉積物k環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)率之后，將各個(gè)重金屬沉積物k環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)率集合，即獲得評(píng)估參數(shù)集合A下的沉積物k的權(quán)值矩陣Q(k)：

最后一步，通過(guò)矩陣相乘的獲得模糊綜合評(píng)價(jià)的最終結(jié)果。

2.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用Surfer 15（Golden Software, 美國(guó)）對(duì)采樣站位的分布進(jìn)行作圖。使用SigmaPlot 14（Systat Software,美國(guó)）對(duì)主要參數(shù)的垂直分布進(jìn)行作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 大亞灣沉積物重金屬污染狀況與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的歷史變化過(guò)程

為了深入了解并全面評(píng)價(jià)粵港澳大灣區(qū)海洋環(huán)境污染狀況，本研究以Cd、Cr、Cu、Pb、Zn為研究對(duì)象，結(jié)合沉積年代學(xué)訊息，評(píng)估了近百年來(lái)大亞灣海洋沉積物中重金屬的富集因子（EF）與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）的歷史變化。

大亞灣D1沉積柱的分析結(jié)果表明，大亞灣近岸海域的海洋環(huán)境在近百年來(lái)經(jīng)歷了3段不同的歷史時(shí)期（圖2）。（1）20世紀(jì)80年代之前，此段時(shí)期重金屬Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的富集因子皆低于1.5，表明重金屬的含量維持在背景水平，富集程度低，人為活動(dòng)對(duì)海灣的污染較小。（2）1980?2000年間，此階段重金屬含量急劇升高，在2000年前后同時(shí)達(dá)到峰值：Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的富集因子分別為9.0、3.1、25.7、2.6、4.4。表明此階段大亞灣海域遭受到了重金屬的污染，但不同重金屬的污染水平具有顯著差異，以Cr和Cu的污染最為嚴(yán)重。（3）2000年至今，該時(shí)期內(nèi)各重金屬的含量又迅速下降，回到了20世紀(jì)80年代之前的背景水平，表明大亞灣海域的重金屬污染在該階段得到了有效控制，并恢復(fù)到了未污染之前的水平。人為活動(dòng)對(duì)海灣生態(tài)環(huán)境的影響效力通常會(huì)因空間變化而產(chǎn)生較大差異，D2沉積柱的研究結(jié)果印證了這一點(diǎn)。重金屬Cd、Cr、Cu、Pb、Zn在D2沉積柱中的富集因子總體皆低于其在D1沉積柱中的情況（圖3），表明人為活動(dòng)對(duì)外部海域的污染程度較低。雖然如此，D2沉積柱重金屬富集因子的歷史變化趨勢(shì)與D1沉積柱中的基本一致，再次表現(xiàn)出“未污染?污染?恢復(fù)”的3段變化模式。

圖2 大亞灣D1沉積柱中重金屬（Cd、Cr、Cu、Pb、Zn）富集因子的歷史變化Fig. 2 Historical variations of enrichment factor in the Core D1 of the Daya Bay

圖3 大亞灣D2沉積柱中重金屬（Cd、Cr、Cu、Pb、Zn）富集因子的歷史變化Fig. 3 Historical variations of enrichment factor in the Core D2 of the Daya Bay

重金屬對(duì)生物具有毒性。本研究利用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，獲得了大亞灣海洋沉積物重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境的潛在影響，并掌握了其歷史變化規(guī)律。結(jié)果表明，當(dāng)重金屬于1990?2000年在近岸海域沉積物中急劇富集時(shí)，其對(duì)海洋環(huán)境存在著“中等?高等”的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，尤其是2000年前后，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)突破300，處于最高風(fēng)險(xiǎn)（圖4a）。而隨著2000年以后富集現(xiàn)象的逐漸減弱，重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也隨之降低，目前已恢復(fù)到了背景水平。不僅如此，本研究還發(fā)現(xiàn)，由于重金屬在大亞灣外部海域的富集水平相對(duì)較低，其產(chǎn)生的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也相對(duì)較小，1990年之前基本不具有生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。但在2000年以后，外部海域重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)顯著升高，目前已處于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平（圖4b），這一趨勢(shì)值得持續(xù)關(guān)注研究。

圖4 大亞灣D1（a）、D2（b）沉積柱中重金屬（Cd、Cr、Cu、Pb、Zn）潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）的歷史變化Fig. 4 Historical variations of RI in the Core D1 (a) and Core D2 (b) of the Daya Bay

4 討論

研究大亞灣海域沉積物中重金屬的污染水平與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的歷史變化，對(duì)于認(rèn)識(shí)粵港澳大灣區(qū)海洋生態(tài)環(huán)境狀況具有重要意義。本研究選定重金屬（Cd、Cr、Cu、Pb、Zn）為評(píng)價(jià)要素，以我國(guó)的《海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 18668?2002）》為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，利用模糊綜合分析的方法，計(jì)算了不同種類(lèi)重金屬對(duì)“污染程度”的貢獻(xiàn)權(quán)重，定量評(píng)價(jià)了沉積物的“污染程度”。

模糊綜合評(píng)價(jià)法能夠根據(jù)所獲得的權(quán)重矩陣，定量甄別出起絕對(duì)作用的關(guān)鍵污染元素。本研究所獲得的具體評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖5至圖8。本節(jié)以大亞灣D1沉積柱中的表層沉積物（即k1）的結(jié)果為例（圖7），對(duì)模糊綜合平均法的結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)闡釋。重金屬Cd、Cr、Cu、Pb、Zn在D1沉積柱表層樣品中所占的權(quán)重分別為0.02、0.32、0.18、0.22、0.26。從中可以看出，Cr所占權(quán)重最高，表明Cr在D1沉積柱中的表層樣品中是最主要的污染元素。Zn、Pb和Cu的權(quán)重依次降低，表明Zn、Pb和Cu在環(huán)境污染中的重要性依次遞減，Cd所占權(quán)重最低，表明Cd在此沉積物中的污染貢獻(xiàn)最低。圖9分別匯總了近百年來(lái)大亞灣近岸D1沉積柱，外部D2沉積柱中各重金屬元素對(duì)環(huán)境污染貢獻(xiàn)權(quán)重的歷史變化。從中可以直觀地看出，大亞灣近岸海域在大部分歷史時(shí)期內(nèi)，主要受到Cr污染的侵害。然而在20世紀(jì)80年代至2015年，Cu的污染成為主要方面。而Cd近百年來(lái)一直是占污染權(quán)重最低的重金屬。然而對(duì)于大亞灣外部海域來(lái)說(shuō)，各重金屬對(duì)總體污染的貢獻(xiàn)權(quán)重在近百年來(lái)保持穩(wěn)定，幾乎沒(méi)有隨時(shí)間變化。其中Cr的貢獻(xiàn)率最高，Pb、Zn、Cu次之，Cd最低。由此可以得出結(jié)論，在近百年的歷史時(shí)期內(nèi)，Cr一直是大亞灣海洋沉積物中最主要的污染元素，但在20世紀(jì)80年代至2015年，Cu階段性成為近岸海域最主要的污染元素。Pb和Zn基本保持污染元素中的次要地位，Cd一直是大亞灣海域沉積物污染貢獻(xiàn)率最低的元素。

為維護(hù)海洋生態(tài)平衡，保障人體健康，國(guó)家海洋標(biāo)準(zhǔn)中心于2002年制定了《中華人民共和國(guó)海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 18668?2002）》，將海洋沉積物質(zhì)量劃分為3個(gè)等級(jí)（表4）。本研究利用模糊綜合評(píng)價(jià)法，首次定量獲得了大亞灣海域沉積物環(huán)境質(zhì)量的歷史變化。具體評(píng)價(jià)結(jié)果可見(jiàn)圖10和圖11。以大亞灣D1沉積柱中的表層沉積物（即k1）為例，其沉積物質(zhì)量占3類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重分別為0.90、0.10、0，表明大亞灣近岸的D1沉積柱表層樣品質(zhì)量有90%的權(quán)重可歸Ⅰ類(lèi)，有10%的權(quán)重可歸為Ⅱ類(lèi)，說(shuō)明該層沉積物的質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果較為優(yōu)良。圖12則分別匯總了近百年來(lái)大亞灣近岸（D1）和外部（D2）沉積物質(zhì)量等級(jí)的歷史變化規(guī)律。具體來(lái)說(shuō)，大亞灣近岸沉積物（D1）自2010年以后皆屬于Ⅰ類(lèi)水平，但是在1980?2010年間，曾經(jīng)有過(guò)質(zhì)量較差的現(xiàn)象發(fā)生，尤其是1990?2007年間，沉積物質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ類(lèi)，對(duì)生物和人類(lèi)皆具有十分嚴(yán)重的危害（圖12a）。本研究還發(fā)現(xiàn)，大亞灣外部海域沉積物的質(zhì)量則要明顯優(yōu)于近岸海域沉積物。D2沉積柱的質(zhì)量在1980年代之前完全處于Ⅰ類(lèi)水平，在1980年代之后在Ⅱ類(lèi)等級(jí)中也最多僅有20%左右的權(quán)重。

圖5 大亞灣D1沉積柱中重金屬的模糊矩陣Fig. 5 The fuzzy matrix R of each sediment sample in the Core D1 of the Daya Bay

圖6 大亞灣D2沉積柱中重金屬的模糊矩陣Fig. 6 The fuzzy matrix R of each sediment sample in the Core D2

圖7 大亞灣D1沉積柱中重金屬的權(quán)值矩陣Fig. 7 The weigh matrices Q of each sediment sample in the Core D1 of the Daya Bay

圖8 大亞灣D2沉積柱中重金屬的權(quán)值矩陣Fig. 8 The weigh matrices Q of each sediment sample in the Core D2 of the Daya Bay

圖9 大亞灣D1、D2沉積柱中重金屬（Cd、Cr、Cu、Pb、Zn）占整體污染權(quán)重的歷史變化Fig. 9 Profiles of weight matrices for sediments from the Core D1 (a) and the Core D2 (b) of the Daya Bay

圖10 大亞灣D1沉積柱中重金屬模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Fig. 10 The results of FCA for sediments of the Core D1 in the Daya Bay

圖11 大亞灣D2沉積柱中重金屬模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Fig. 11 The results of FCA for sediments of the Core D2 in the Daya Bay

圖12 大亞灣D1、D2沉積柱環(huán)境質(zhì)量等級(jí)的歷史變化Fig. 12 Profiles of sediment quality for sediments from the Core D1 (a) and the Core D2 (b) of the Daya Bay

5 結(jié)論

本研究以大亞灣為研究區(qū)域，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法系統(tǒng)探討粵港澳大灣區(qū)海洋沉積物中主要重金屬元素（Cd、Cr、Cu、Pb、Zn）的污染水平。與此同時(shí)，結(jié)合我國(guó)的《海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 18668?2002）》及大亞灣沉積年代學(xué)訊息，評(píng)估了近百年來(lái)大亞灣沉積物的污染狀況與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，厘清了大亞灣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的歷史演變進(jìn)程，為更好地服務(wù)于粵港澳大灣區(qū)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供了科學(xué)基礎(chǔ)。本研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大亞灣海域的環(huán)境在過(guò)去百年間經(jīng)歷了3個(gè)變化階段：（1）1980年代之前，沉積物質(zhì)量皆處于一類(lèi)等級(jí)以上，重金屬污染程度低，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小，對(duì)污染貢獻(xiàn)最高的元素為Cr，最低的為Cd。（2）1980?2000年間，重金屬的含量顯著升高，近岸沉積物質(zhì)量等級(jí)處于二類(lèi)與三類(lèi)，該階段大亞灣沉積物出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的重金屬污染，Cu取代Cr成為最主要的污染元素。（3）2000年以后，沉積物中重金屬的富集和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)顯著下降，污染狀況明顯降低，質(zhì)量等級(jí)恢復(fù)到了一類(lèi)水平，Cr是最為主要的污染元素。