海南島環(huán)島潮間帶重金屬元素污染評價研究

冀應(yīng)斌 陳雷

摘 要：通過采集海南島環(huán)島潮間帶As、Cr、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等8種重金屬元素含量數(shù)據(jù)，利用地累積指數(shù)法和污染負荷指數(shù)法對海南島環(huán)島潮間帶進行污染評價，結(jié)果表明：海南島環(huán)島潮間帶總體上污染較輕，從區(qū)域上看，污染主要集中于港口、海灣以及河口附近;從元素來看，產(chǎn)生污染的元素主要是Cr、Cu、Ni、Zn四種。相關(guān)研究可為海南島環(huán)島潮間帶重金屬污染環(huán)境預(yù)警提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：潮間帶;重金屬;污染評價研究

中圖分類號：X55 ? ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）1-0117-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.01.026

Study on Evaluation of Heavy Metals Pollution in the Intertidal Zone Around Hainan Island

JI Yingbin1? ? CHEN Lei2

（1.Nanjing Engineering Branch of Jiangsu Union Technical Institute，Nanjing 211135，China;

2.Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China）

Abstract：Based on the content analysis of eight heavy metal elements （As、Cr、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn） in the intertidal zone around Hainan Island， this paper mainly uses the geoaccumulation index method and pollution load index method to evaluate the pollution in the intertidal zone around Hainan Island. The results show that： On the whole， the pollution in the intertidal zone around Hainan Island is relatively light. From the regional point of view， the pollution is mainly concentrated in the ports， bays and estuaries. From the point of view of elements， the main polluting elements are Cr， Cu， Ni and Zn. Therefore， it provides technical support for the early warning of heavy metal pollution in the intertidal zone around Hainan Island.

Keywords：intertidal zone;heavy metals;study on pollution assessment

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)潮間帶是海陸交互作用的一個重要地帶，具有水動力強烈、泥沙輸移和沖淤變化頻繁、Eh和pH等物理化學(xué)條件復(fù)雜多變、生物種類豐富多樣等特點。潮間帶的重金屬除了直接對潮間帶的生物及通過生物的放大作用對人的身體產(chǎn)生危害之外，還會由于潮間帶水動力條件的改變和生物活動的影響，造成重金屬的重新釋放和分布，產(chǎn)生重金屬的“二次污染”，直接危害近岸環(huán)境。因此，對于海南島環(huán)島潮間帶重金屬污染評價的研究是非常有價值的[1-3]。

2 樣品采集及污染評價方法

2.1 樣品采集

潮間帶沉積物表層樣采樣深度為0～20 cm，用采樣器（小型曙光采樣器或抓斗）均勻采集0～20 cm的沉積物。采集物質(zhì)為底泥樣品，剔除石塊和雜質(zhì)，如貝殼、生物碎屑等，同時棄去采樣工具中的黏著物質(zhì)。樣品原始重量大于3 000 g（濕重），以保證樣品過篩后樣品重量大于500 g。采集的樣品裝入事先寫有樣號的布袋中，同時隔開放置，在排干大部分水分后外套聚乙烯袋運輸，最后樣品保存在陰冷處。潮間帶深層沉積物采樣深度為150～200 cm，但要采集0～200 cm完整的沉積柱狀樣品。采樣物質(zhì)為底層沉積物。采樣過程中，保證樣品縱向的完整性，若樣柱長度不足或樣管斜插入水底，均應(yīng)重采。取深度150～200 cm沉積物作為分析樣品。原始樣品重量大于1 500 g（濕重）。采樣過程中，避免采集粘附在管壁上的物質(zhì)，以確保樣品不受采樣工具沾污。對150 cm以上的樣柱，按自然分層分段進行保存，無分層現(xiàn)象者按25 cm均勻分段保存。

本次樣品檢測As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、Fe2O3、orgC、pH等11個指標(biāo)。根據(jù)樣品分析測試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合樣品特點：黏土、高硅砂質(zhì)土壤、高鈦鐵土壤、高鈣土壤、高氯土壤，應(yīng)用了一套全新的分析方法配套方案，以電感耦合等離子體質(zhì)譜法和X射線熒光光譜法為主，輔以其他分析方法組成。

2.2 重金屬污染評價方法

2.2.1 地累積指數(shù)法。為了對海南島環(huán)島潮間帶的重金屬富集情況和污染現(xiàn)狀做出評價，筆者采用了德國科學(xué)家Müller于1969年提出的地累積指數(shù)（Index of geoaccumulation，Igeo）法，其公式為

式中：Cn為n元素在沉積物中的含量;Bn為n元素當(dāng)?shù)爻练e母質(zhì)地球化學(xué)背景值;A為修正造巖運動引起的背景值波動而設(shè)定的常數(shù)，通常取1.5。依據(jù)地累積指數(shù)（Igeo）法，把沉積物中重金屬的污染程度劃分為7個等級（見表1），通過對沉積物中重金屬地累積指數(shù)可以有效地判斷沉積物中重金屬的污染程度。

2.2.2 污染負荷指數(shù)法。重金屬污染水平的分級采用污染負荷指數(shù)法，評價區(qū)域所包含的多種重金屬成分共同構(gòu)成，評價方法如下。

首先根據(jù)某一點的實測重金屬含量，進行最高污染系數(shù)CFi的計算，見式（2）。

本研究采用計算所得的海南島潮間帶重金屬背景值作為評價標(biāo)準(zhǔn)。最后計算的污染負荷指數(shù)（PLI）一般分為4個等級（見表2）。

3 環(huán)島重金屬元素污染評價

在重金屬的污染評價研究方面，目前應(yīng)用比較廣泛的污染評價方法是地累積指數(shù)法、污染負荷指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法、沉積物富集系數(shù)法。通過對海南島環(huán)島潮間帶8種重金屬元素（As、Cr、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）的含量數(shù)據(jù)分析，采用地累積指數(shù)法和污染負荷指數(shù)法對環(huán)島表層與深層沉積物及研究區(qū)三大河流入海口進行污染評價研究[4，5]。

3.1 地累積指數(shù)法評價

3.1.1 根據(jù)其表層沉積物中重金屬的測定值和地累積公式計算出的各采樣點地累積指數(shù)。

①鎘（Cd）、汞（Hg）在環(huán)島潮間帶的各個評價區(qū)內(nèi)，總體上都沒有污染。

②砷（As）僅在澄邁縣總體上達到了輕度污染，在澄邁縣所測的所有數(shù)據(jù)中，有43%的樣點的地累積指數(shù)達到0～1，為輕度污染;有11%的樣點的地累積指數(shù)為1～2，達到了偏中度污染。這些污染的點主要集中分布于澄邁灣沿岸的馬村一帶。其他評價區(qū)As總體上都未形成污染。

③鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）三個元素都只在儋州市、澄邁縣形成了污染，其中Cu、Zn都只是形成了輕度污染;而Cr在儋州市為輕度污染，但在澄邁縣卻達到了偏中度污染，在澄邁縣境內(nèi)所測的樣點中，只有11.0%的點完全未形成污染，其他89.0%的樣點都存在不同程度的污染，其中25.7%的樣點為輕度污染，34.3%的樣點達到了偏中度污染，17.0%的樣點為中度污染，另外11.0%的樣點達到了重度污染。

④鎳（Ni）在12個評價區(qū)內(nèi)有3個評價區(qū)總體水平形成了污染，其中在儋州市為輕度污染，在測定的74個樣點中，有31%的樣點為無污染，其他的樣點都存在不同程度的污染，這些污染點主要集中分布于儋州市的北部一帶，即從洋浦港到后水灣的光村一帶。在臨高市境內(nèi)為輕度污染，而在澄邁縣達到了偏中度污染，其地累積指數(shù)為1.9，已經(jīng)接近中度污染。在澄邁和臨高兩個評價區(qū)內(nèi)的65個樣點中，只有23%的樣點沒有形成污染，23%的樣點為輕度污染，24%的樣點為偏中度污染，12%的樣點為中度污染，另外18%的樣點達到了重度或嚴(yán)重污染。這些污染的點主要分布于澄邁灣沿岸。

⑤鉛（Pb）在環(huán)島潮間帶中，只有在樂東縣形成了輕度污染，在其他的11個評價區(qū)內(nèi)總體上都未形成污染。在樂東測定的38個樣點中，有34%的樣點未形成污染，另外的66%的樣點都為輕度污染。

總體評價結(jié)果：表層潮間帶的總體污染程度比較低，污染主要集中于澄邁和臨高的澄邁灣沿岸、儋州市的洋浦港。

3.1.2 根據(jù)深層沉積物中重金屬的測定值和地累積公式計算出的各采樣點地累積指數(shù)（見表3）。

①砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）三個元素在海南島環(huán)島潮間帶深層中總體上都未形成污染。

②鉻（Cr）在四個縣市存在污染，其中在瓊海市、儋州市、臨高縣均為輕度污染，在澄邁縣則達到了偏中度污染，在澄邁測定的7個樣點中，只有1個樣點未形成污染，其他的樣點都存在不同程度的污染，其中有1個樣點為輕度污染，4個樣點達到了偏中度污染，還有1個樣點達到了中度污染。

③銅（Cu）和鋅（Zn）在環(huán)島的12個評價區(qū)內(nèi)中，在5個相同的縣市存在污染，只是污染的程度不一樣。Zn在?？谑?、瓊海市、儋州市、臨高縣以及澄邁縣等5個區(qū)域中都是輕度污染，而Cu的污染程度明顯要比Zn高，其中在海口市和瓊海市為輕度污染，在儋州市和臨高縣為偏中度污染，在澄邁縣達到了中度污染。

④汞（Hg）在12個評價區(qū)域內(nèi)，有9個區(qū)域都存在不同程度的污染，只有在文昌市、東方市和昌江縣3個縣市未出現(xiàn)污染。在存在污染的9個區(qū)域內(nèi)，除了瓊海市剛好達到偏中度污染之外，其他8個地區(qū)的污染都是輕度污染。

⑤鎳（Ni）在12個縣市中有5個區(qū)域存在污染，但在5個污染的區(qū)域中有4個不同的污染等級，在海口市和瓊海市為輕度污染，在儋州市為偏中度污染，在臨高縣為中度污染，在澄邁縣達到了偏重度污染。

總體評價結(jié)果：深層潮間帶的污染水平總體比較低，但在臨高縣和澄邁縣的污染水平比較高。污染區(qū)域：主要集中于海口市、瓊海市、儋州市、臨高縣和澄邁縣。污染元素：Hg的污染范圍最為廣泛，但污染程度都較輕。另外，Cu、Ni、Zn的污染范圍也比較廣泛（見表4）。

通過對比表層和深層潮間帶的污染情況得出：潮間帶表層和深層的重金屬總體污染水平都比較低，產(chǎn)生污染的重金屬元素主要是Cu、Cr、Ni、Zn。

3.1.3 通過三大河流入?？诔遍g帶淺層和深層沉積物中重金屬的測定值和地累積公式計算出的地累積指數(shù)（表5）得出：在三大河流入海口的潮間帶基本上不存在重金屬的污染，只有在昌化江河口的潮間帶淺層中存在有銅（Cu）的輕度污染，同時在南渡江河口的潮間帶深層中存在有銅（Cu）、汞（Hg）、鎳（Ni）三種重金屬元素的輕度污染。對于南渡江來說，其搬運的泥沙等物質(zhì)主要沉積在海口灣的東北部（南渡江河口的西南部）以及南渡江東部的鋪前灣，從重金屬元素的含量圖中可以明顯地看出在鋪前灣出現(xiàn)了重金屬的富集，這可能是在南渡江潮間帶表層沒有形成污染的原因;對于萬泉河來說，其河口是浪控型的，在河口不利于物質(zhì)的堆積，這可能是造成萬泉河河口潮間帶沒有形成污染的原因;對于昌化江而言，其河口沉積物中富含腐殖質(zhì)，而腐殖質(zhì)對Cu有重要的吸附作用，這可能是造成昌化江河口潮間帶沉積物中Cu污染的原因。

3.2 污染負荷指數(shù)法評價

從環(huán)島潮間帶不同地區(qū)的污染負荷指數(shù)分析得出以下結(jié)論。

①在潮間帶表層，?？谑小⑷f寧市、陵水縣、三亞市、樂東縣以及東方市的重金屬總體為無污染，文昌市、瓊海市、昌江縣、儋州市、臨高縣以及澄邁縣的重金屬總體污染水平都為中度污染。不難發(fā)現(xiàn)污染的地區(qū)主要都集中于海南的北部以及東北部，而且這些污染的地區(qū)一般污染都主要集中于港口和海灣沿岸。

②在潮間帶深層，海口市、瓊海市、萬寧市、三亞市以及儋州市的重金屬總體污染水平為中度污染，臨高縣和澄邁縣的重金屬總體污染水平為強污染，其他的地區(qū)重金屬總體沒有污染。

③三大河流河口的潮間帶表層都沒有形成重金屬的污染，但是其污染負荷指數(shù)的數(shù)值都已接近1，說明其已經(jīng)接近中度污染;在三大河流河口的潮間帶深層：萬泉河和南渡江的重金屬總體都已經(jīng)達到了中度污染，昌化江雖還未形成污染，但是其污染負荷指數(shù)已經(jīng)為0.97，也已非常接近中度污染。

④通過對比發(fā)現(xiàn)，三大河流河口的潮間帶重金屬的總體污染水平較低，深層和表層的污染程度基本一致。在潮間帶深層重金屬的總體污染水平比表層要高，其中臨高縣和澄邁縣的深層潮間帶的重金屬總體污染水平竟達到了強污染，這有可能與潮間帶重金屬的強烈淋濾作用有關(guān)。

4 結(jié)語

①海南島環(huán)島潮間帶中的重金屬污染水平總體上處于一個較低的水平，但潮間帶深層重金屬的總體污染水平比表層要高，可能與潮間帶重金屬的強烈淋濾作用有關(guān)。

②環(huán)島潮間帶重金屬污染區(qū)域主要集中于港口和海灣，像澄邁的澄邁灣、臨高的金牌灣、文昌的清瀾港和鋪前灣、瓊海的小海、儋州的洋浦港和后水灣都是污染比較集中的地區(qū)。在河口地區(qū)也存在污染，不過污染以點污染為主。

③通過對比，三大河流河口的潮間帶重金屬的總體污染水平較低，深層和表層的污染程度基本一致，潮間帶表層和深層的重金屬總體污染水平都比較低，產(chǎn)生污染的重金屬元素主要是Cu、Cr、Ni、Zn。

參考文獻：

[1]丁春曉，楊富貴.潮間帶沉積物重金屬污染的地球化學(xué)研究[J].山東理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，20（6）：81-85.

[2] 甘華陽，何海軍，夏真，等.海南島洋浦灣沉積物重金屬和營養(yǎng)元素的污染評價與來源分析[J].地球與環(huán)境，2018（5）：463-474.

[3] 何海軍，甘華陽，何金先，等.海南島南部濱海沉積物中重金屬分布特征及生態(tài)風(fēng)險評價[J].海洋地質(zhì)前沿，2017（3）：47-55.

[4] 鞏慧敏，劉永，肖雅元，等.近海海水和表層沉積物重金屬污染與生態(tài)風(fēng)險評價：以海南新村港為例[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2018（4）：700-708.

[5] 李淑媛，劉國賢，苗豐民.渤海沉積物中重金屬分布及環(huán)境背景值[J].中國環(huán)境科學(xué)，1994，14（5）：370-376.

收稿日期：2021-09-22

作者簡介：冀應(yīng)斌（1984—），男，碩士，講師，研究方向：地質(zhì)教育、沉積學(xué)、環(huán)境地質(zhì)教學(xué)科研。

3653500338262