遼寧省近岸海域表層沉積物重金屬污染現(xiàn)狀調(diào)查及評價

夏瑩 付曉燕 劉蓮蓮

（遼寧省大連生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧大連 116023）

1 引言

遼寧省有著遼闊的海洋面積，西側(cè)、東側(cè)分別與渤海、黃海相鄰。海域面積達到1 500 萬hm2，其中，近海水域面積640 萬hm2，可利用灘涂面積16.2 萬hm2。遼寧省可利用的海洋自然資源豐富，生物種類多樣，近海生物種類達520 余種。

因為近年來海洋自然資源的過度開發(fā)，以及大量的陸源污染物隨河流排入海洋水體，致使海洋生態(tài)環(huán)境污染加重，近岸海水水質(zhì)不斷惡化，區(qū)域性環(huán)境問題突出。

來源復(fù)雜且多樣、能長期停留于環(huán)境中、不容易被檢測且難以去除，是海洋沉積物中重金屬污染具有的特點，有毒有害重金屬元素可以通過皮膚接觸、呼吸吸入、食物鏈等方式進入人體乃至其他生物體內(nèi)，且富集到某種程度時，會對人類和其他生物的生理、生命健康造成嚴重傷害［1］。近岸海域沉積物既是重金屬污染物的宿體，同時也是海水水體重金屬污染物的來源，容易造成二次污染。沉積物中的重金屬相對于海水中的重金屬，有豐度高、易檢測等特點，因此沉積物重金屬的污染評價有著更加重要的意義［2］。

目前，遼寧省近岸海域表層沉積物重金屬研究生態(tài)風(fēng)險評價方法尚不完善，風(fēng)險預(yù)警領(lǐng)域研究不足。本文以遼寧省近岸海域表層沉積物為研究對象，對常見的6 種重金屬元素（Cu，Pb，Zn，Cd，Hg，As）含量進行分析，得到其質(zhì)量分數(shù)，并對其進行污染程度評估，以做出生態(tài)風(fēng)險預(yù)警，為遼寧省進一步治理海洋生態(tài)環(huán)境問題提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 樣品采集與測定

2.1.1 點位布設(shè)和樣品采集

表層沉積物樣品采集工作于2020 年4 月開展。在遼寧省渤海、黃海近岸海域布設(shè)有代表性的14 個點位，采集表層沉積物樣品。沉積物樣品采集及保存方法依照文獻［3］中的規(guī)定操作。使用“抓斗式”采泥器，采集表層沉積物濕樣，同一采樣點周圍采集2～3次樣品，將各次采集的樣品均勻混合后密封于干凈的雙層聚乙烯袋內(nèi)，放置于帶有冰袋的采樣箱中并迅速帶回實驗室冷凍，保存于冰箱中，用于后續(xù)實驗分析。

2.1.2 樣品的測定

將清洗潔凈的蒸發(fā)皿編號，將濕潤的沉積物樣品轉(zhuǎn)至其中，烘箱升溫至80～100 ℃，將樣品烘干。上述樣品首先用瑪瑙研缽研碎，然后再在研磨機上研磨，最后將全部樣品通過160 目篩篩選，封存于聚乙烯袋（最好2 層）中，然后放入干燥器內(nèi)備用。本次研究中Cu，Pb，Zn，Cd 元素的分析采用火焰原子吸收分光光度法（FAAS），Hg 采用冷原子吸收光度法（AAS）進行分析，As 采用原子熒光法（AFS）進行分析。各項目分析方法見相關(guān)文獻［3］。

2.1.3 質(zhì)量控制

為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性，本次沉積物樣品均采集3 個平行樣，每批測試樣品均進行3 個空白實驗。在樣品分析過程中采用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與實際樣品同步進行前處理與分析測定。所用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)各個元素的回收率均在85%～110%之間，滿足該實驗質(zhì)量控制要求。

2.2 評價方法

目前沉積物中重金屬污染的評價方法有很多，本次研究采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法和地質(zhì)累積指數(shù)法（Geoaccumulation Index），對遼寧省近岸海域的表層沉積物污染狀況進行評價。

2.2.1 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法是1980 年由學(xué)者Hakanson（瑞典）建立的［4］。該方法將生態(tài)學(xué)、化學(xué)和生物毒理學(xué)相結(jié)合，其特點是將未受工業(yè)污染時期的環(huán)境最高背景值作為參比，考慮到每一種重金屬的生態(tài)毒性系數(shù)，從而再得到生態(tài)危害指數(shù)，以定量的方法計算出其對應(yīng)的重金屬潛在危害的程度高低。

單個重金屬的污染指數(shù)簡稱C（Contamination Factor），其確定公式如下：

表1 遼東灣沉積物參比值 mg/kg

綜合污染指數(shù)（Cd）的確定公式如下：

表2 Cri 和Cd 評價標(biāo)準(zhǔn)

單個重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)（Eri）的確定公式如下：

式（3）中，Tri為各個重金屬元素的毒性響應(yīng)系數(shù)，其值見表3。

表3 毒性響應(yīng)系數(shù)

多種重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）的確定公式如下：Eri和RI 對應(yīng)的分級關(guān)系見表4。

表4 Eri 和RI 對應(yīng)的分級關(guān)系

該方法能同時呈現(xiàn)沉積物污染的程度和該污染狀況對生態(tài)環(huán)境造成的潛在生態(tài)危害。

2.2.2 地質(zhì)累積指數(shù)法

地質(zhì)累積指數(shù)法是由魯普萊希特－卡爾斯－海德堡大學(xué)沉積物研究所的Muller 于1969 年提出的，其特點是定量地評價某種水體沉積物中重金屬污染的程度［6］，其計算公式為：

式（5）中，Igeo代表地質(zhì)累積指數(shù)；Cn代表某一元素實際測定得到的濃度值；Bn代表參比值，即所測元素在沉積巖中的地球化學(xué)背景值［7-8］（見表1）；k 代表修正系數(shù)（通常k＝1.5）。

按Igeo從小到大的順序，可以將沉積物中重金屬污染程度進行劃分，見表5。

表5 Igeo 對應(yīng)的分級

地質(zhì)累積指數(shù)法的評價在研究單個元素時具有優(yōu)越性。如一個研究對象所得到的分析數(shù)據(jù)太少而且只進行了總含量分析，選擇該評價方法是必要的［9］。

3 結(jié)果討論與評價

3.1 沉積物中重金屬的含量分析

遼寧省近岸海域14 個點位表層沉積物樣品分析項目為Cu，Pb，Zn，Cd，Hg，As，各分析項目含量結(jié)果見表6。

表6 遼寧省近岸海域表層沉積物重金屬分析結(jié)果

沉積物樣品分析統(tǒng)計結(jié)果見表7。

表7 沉積物樣品分析統(tǒng)計結(jié)果

3.2 評價結(jié)果

應(yīng)用潛在生態(tài)危害指數(shù)法對本次研究對象進行評價。將上述數(shù)據(jù)帶入公式（1）～（4）中，14 個點位沉積物Cri和Cd結(jié)果見表8。由表8 可以看出，遼寧省近岸海域表層沉積物Cri指數(shù)大部分為小于1，呈現(xiàn)低污染程度，其中，點位LN－1 的As，LN－2 的Pb，Zn，Hg，As，LN－3 的Zn，Hg，LN－4 的Zn，LN－7 的As，LN－13 的As 污染指數(shù)為1～3 之間，呈現(xiàn)中等污染程度。14 個點位中，12 個點位Cd指數(shù)呈現(xiàn)低污染程度，LN－2，LN－3 點位呈現(xiàn)中等污染程度。

表8 沉積物中單個重金屬的污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)的評價結(jié)果

潛在生態(tài)危害指數(shù)見表9。由表9 可以看出，遼寧省近岸海域表層沉積物14 個點位中，Eri指數(shù)絕大部分小于40，呈現(xiàn)低潛在生態(tài)危害程度，其中點位LN－2，LN－3 的Hg 為中等潛在生態(tài)危害程度。14 個點位中，13 個點位RI 指數(shù)小于95，呈現(xiàn)低潛在生態(tài)危害程度，其中，LN－3 的RI 指數(shù)在95～190 之間，呈現(xiàn)中等潛在生態(tài)危害程度。

表9 潛在生態(tài)危害指數(shù)

將上述數(shù)據(jù)帶入公式（5）中，14 個點位重金屬地質(zhì)累積指數(shù)計算結(jié)果見表10。由表10 可以看出，遼寧省近岸海域表層沉積物重金屬地質(zhì)累積指數(shù)絕大部分為0 級別，在無污染的范圍內(nèi)。其中，點位LN－2 的Zn 元素和點位LN－3 的Hg 元素的地質(zhì)累積指數(shù)為1 級別，屬于輕度污染范圍。

表10 沉積物的重金屬地質(zhì)累積指數(shù)計算結(jié)果

4 結(jié)論

遼寧省近岸海域表層沉積物重金屬監(jiān)測結(jié)果采用上述評價手段，潛在生態(tài)危害程度結(jié)果呈現(xiàn)輕微等級程度，地質(zhì)累積指數(shù)法評價為無污染等級程度。但應(yīng)對各入海河流排放口中重金屬加強監(jiān)測與管控，并每年對近岸海域沉積物進行監(jiān)測。