閩江口表層沉積物重金屬分布及其潛在生態(tài)風險評價

王偉力　林彩　劉洋等

關鍵詞：閩江口;表層沉積物;重金屬;生態(tài)風險;陸源污染

中圖分類號：P736.4+1;P76;X55 文獻標志碼：A 文章編號：1005-9857（2022）02-0100-07

0引言

重金屬作為持久性污染物具有難降解、生物毒性大和易累積等特點[1-2]。重金屬可通過排污、徑流和大氣沉降等途徑進入海洋，在海水中通過吸附、絡合和共沉淀等作用進入沉積物[3-4]，對海洋生物生存和海洋環(huán)境健康具有潛在危害[5];沉積物中的重金屬受到環(huán)境理化條件改變的影響，會以擴散和離子交換等方式重新進入海水，造成海洋環(huán)境的二次污染[6-7]。沉積物在重金屬的遷移和轉(zhuǎn)化過程中同時發(fā)揮“源”和“匯”的作用[8]，因此評價沉積物中重金屬的含量、來源和潛在危害是近年來的研究熱點之一[9-15]。

閩江是我國東南沿海最大的河流，是福建重要的飲用水源地之一，對福建經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義[16]。閩江全長為577km，主要支流包括富屯溪、建溪、尤溪、古田溪和大樟溪[17-18]。閩江口屬于正規(guī)半日潮型強潮河口，其受瑯岐島之阻在亭江分為梅花水道（南支）和長門水道（北支），主流長門水道出金牌門后被海島分為烏豬水道、熨斗水道、川石水道和壺江水道，其中川石水道為主航道[19]。隨著閩江流域社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，大量污染物由閩江東流入海，給閩江口周邊海域的生態(tài)環(huán)境造成巨大壓力[18]。因此，研究閩江口表層沉積物重金屬分布及其潛在生態(tài)風險對閩江流域的環(huán)境治理具有重要意義，可為閩江口的污染控制和管理提供一定的技術支持。

1材料與方法

1.1樣品采集

本研究于2012年11月在閩江口布設14個表層沉積物采樣站位（圖1），利用蚌式采泥器采集表層沉積物樣品（0～2cm），以塑料勺刮取中央未受干擾的表層樣品，樣品采集后置于聚乙烯密封袋并放入便攜式冰箱，在最短時間內(nèi)運回實驗室。

1.2樣品和數(shù)據(jù)處理

取適量樣品，經(jīng)60℃烘干、去除雜質(zhì)和研磨過篩（200目）后用于重金屬分析。其中，硫化物采用碘量法測定;有機碳（TOC）采用重鉻酸鉀氧化-還原容量法測定;重金屬元素銅（Cu）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）和鉻（Cr）經(jīng)硝酸-高氯酸消解后采用原子吸收分光光度計（耶拿Zeenit 600）測定，汞（Hg）和砷（As）采用原子熒光光度計（北京吉天AF-640）測定，具體分析方法參照相關國家標準[20]。在表層沉積物重金屬的消解過程中，采用近海海洋沉積物標準物質(zhì)（GBW07314，自然資源部第二海洋研究所）全程監(jiān)控并進行平行樣測定，所用標準物質(zhì)的回收率為85%～115%。

采用Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理，采用Spss19.0軟件進行相關性分析和主成分分析，采用Surfer 13.0軟件繪制重金屬平面分布圖。

2結果與討論

2.1閩江口表層沉積物重金屬分布

閩江口表層沉積物重金屬的站位分布和分布特征如表1和表2所示。

由表1可以看出：TOC的變化范圍為0.01%～1.54%，平均值為0.45%;硫化物的變化范圍為15.7～108.4mg/kg，平均值為34.4mg/kg;Cu的變化范圍為2.1～33.1mg/kg，平均值為11.3mg/kg;Pb的變化范圍為9.6～57.3mg/kg，平均值為27.9mg/kg;Zn的變化范圍為37.4～161.0 mg/kg，平均值為72.2mg/kg;Cd的變化范圍為0.017～0.277mg/kg，平均值為0.063 mg/kg;Cr的變化范圍為1.3～49.1mg/kg，平均值為13.9mg/kg;Hg的變化范圍為0.029～0.204mg/kg，平均值為0.091mg/kg;As的變化范圍為2.7～13.9mg/kg，平均值為6.8mg/kg。由表2可以看出：根據(jù)富集系數(shù)，Cu、Pb、Zn和Cr的含量低于背景值，而Cd、Hg和As的含量略高于背景值;所有重金屬的變異系數(shù)均超過30%，表明不同站位的重金屬含量差異顯著。此外，根據(jù)第一類海洋沉積物質(zhì)量標準[22]，Zn在站位7的含量超過閾值，Hg在站位7和站位8的含量超過閾值，其他重金屬在各站位的含量均不超過閾值。

在具體分布方面，Cu含量的最高值出現(xiàn)在瑯岐島南部的站位2，高值區(qū)位于瑯岐島的東部和南部，粗蘆島和川石島周邊的含量較低;Pb含量的最高值出現(xiàn)在站位14;Zn含量的最高值出現(xiàn)在站位7，高值區(qū)主要位于瑯岐島的南部和東部;Cd含量的最高值出現(xiàn)在瑯岐島南部的站位2，粗蘆島和川石島周邊的含量較低;Cr含量的最高值出現(xiàn)在站位8，高值區(qū)位于瑯岐島的東南部;Hg和As含量的高值區(qū)均位于瑯岐島東南部的站位7和站位8。TOC、Cu、Zn、Cr、Hg和As在梅花水道的含量明顯高于長門水道和川石水道，主要是由于川石水道為主航道而長門水道為主流，且長門水道和梅花水道的分流比為7∶3[23]，梅花水道流速較小，并在瑯岐島東南部形成大面積的潮坪區(qū)，導致重金屬易在此處沉降并進入表層沉積物。

本研究的閩江口表層沉積物重金屬元素含量與其他調(diào)查時期和區(qū)域的對比如表3所示。

由表3可以看出：①與1995年的閩江口相比，本研究數(shù)據(jù)除Hg含量略高外，其他元素含量均較低，這與林祥[18]的研究結果相似，表明閩江口重金屬的入海量下降。②與福建土壤（背景值）和中國淺海相比，本研究數(shù)據(jù)Cu和Cr含量均較低，Pb、Zn、Cd和As含量處于二者之間，而Hg含量分別約為福建土壤（背景值）和中國淺海的1.12倍和3.64倍。③與國內(nèi)主要河口相比，本研究數(shù)據(jù)Hg含量高于九龍江口但低于長江口，其他元素含量均較低;長江口和珠江口分別位于長三角和珠三角地區(qū)，均是我國經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)，沿岸城市污水和生活污水大量排放，污染較為嚴重[31-32];九龍江流經(jīng)廈門、漳州和龍巖地區(qū)，均是福建經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)。④與國外河口（海灣）相比，本研究數(shù)據(jù)Cu、Cd、Cr和Hg含量均較低，Pb和As含量均較高，Zn含量低于Deception Bay 和Izmir Bay 但高于PersianGulf。

2.2閩江口表層沉積物重金屬的相關性

閩江口表層沉積物重金屬的相關性如表4所示。

由表4可以看出：除Pb外，TOC與其他重金屬元素均具有顯著的正相關性，表明TOC 是影響這些重金屬元素分布的主要因素;硫化物與Cr具有顯著的正相關性，表明Cr的分布同時受到硫化物的影響;TOC和硫化物與Pb的相關性均不顯著，表明Pb的分布受其他因素的影響。

2.3金屬的來源

本研究采用主成分分析法分析閩江口表層沉積物不同來源的重金屬占比，分析結果如圖2所示。

第一主成分的貢獻率為74.801%。除Pb外，因子變量在其他重金屬上的載荷均超過0.7，相關性分析也表明Cu、Zn、Cd、Cr、Hg和As之間的正相關性較高，表明這些重金屬元素具有相似的來源，同時表明表征第一主成分的影響因素主要是有機質(zhì)和沉積環(huán)境。隨著有機質(zhì)的降解，重金屬元素的遷移和轉(zhuǎn)化過程發(fā)生變化，有機質(zhì)上的絡合金屬離子會被釋放出來，成為表層沉積物重金屬元素的來源，同時重金屬元素的吸附和解吸過程還受到沉積環(huán)境的影響[14，33]。第二主成分的貢獻率為10.166%，因子變量在Pb上的載荷均超過0.5，Pb主要來源于工業(yè)污水排放，表明第二主成分受到工業(yè)排污的影響。

3潛在生態(tài)風險評價

本研究采用Hakanson指數(shù)法[34]評價閩江口表層沉積物重金屬的潛在生態(tài)風險。該方法通過單個重金屬元素的污染系數(shù)得出該元素的潛在生態(tài)風險因子，從而評價其潛在生態(tài)風險，具有快速和簡便等特征，被廣泛應用于重金屬污染評價[35-39]。

Hakanson指數(shù)法基于重金屬元素的含量、數(shù)量、毒性和敏感性等，計算潛在生態(tài)風險指數(shù)，計算公式為：

本研究采用福建土壤的背景值[21]作為重金屬元素的背景值（表5），根據(jù)潛在生態(tài)風險因子和指數(shù)評價潛在生態(tài)風險程度（表6）。

閩江口表層沉積物重金屬潛在生態(tài)風險的評價結果如表7所示。

從單個重金屬元素來看，Cu、Pb、Zn、Cr和As表現(xiàn)為低風險程度，而Cd和Hg表現(xiàn)為低風險至較高風險程度。其中，Cd 的低風險程度占比為71.43%，中風險程度占比為21.43%，較高風險程度占比為7.14%;Hg的低風險程度占比為71.43%，較高風險程度占比為28.57%。因此，Cd和Hg為閩江口表層沉積物的主要潛在生態(tài)風險重金屬元素，須加強對Cd和Hg的風險監(jiān)控。

閩江口表層沉積物重金屬的整體潛在生態(tài)風險指數(shù)為41.38～265.09，平均值為99.73，中位值為57.33。其中，低風險程度占比為71.43%，中風險程度占比為28.57%;瑯岐島的東部和南部為中風險區(qū)，瑯岐島的北部和東北部以及川石水道外側(cè)為低風險區(qū)（圖3）。

4結語

本研究基于閩江口14個采樣站位的實測數(shù)據(jù)，綜合運用相關性分析、主成分分析和潛在生態(tài)風險指數(shù)等方法，系統(tǒng)評價閩江口表層沉積物重金屬分布及其潛在生態(tài)風險。閩江口表層沉積物重金屬含量差異顯著，除個別站位的Zn和Hg外，其他重金屬含量均符合第一類海洋沉積物質(zhì)量標準;影響重金屬元素分布的主要因素是有機質(zhì)、沉積環(huán)境和工業(yè)排污;Cd和Hg為主要潛在生態(tài)風險重金屬元素，達到較高風險程度，須加強風險監(jiān)控;瑯岐島的東部和南部為中風險區(qū)，瑯岐島的北部和東北部以及川石水道外側(cè)為低風險區(qū)，低風險程度和中風險程度占比分別為71.43%和28.57%。