嵐山港海洋臨時傾倒區表層沉積物重金屬污染、潛在生態風險評價及變化趨勢分析

張亮，曹叢華，任榮珠，孫濱，宿凱，林森，屈文

（國家海洋局北海預報中心，山東 青島266033）

嵐山港海洋臨時傾倒區表層沉積物重金屬污染、潛在生態風險評價及變化趨勢分析

張亮，曹叢華，任榮珠，孫濱，宿凱，林森，屈文

（國家海洋局北海預報中心，山東 青島266033）

根據2009年9月嵐山港海洋臨時傾倒區海域表層沉積物重金屬監測數據，采用Hakanson生態風險指數法對其重金屬污染特征，潛在生態風險性進行了評價，并對其變化趨勢進行了分析，結果表明：該傾倒區海域重金屬綜合污染程度和潛在生態風險性均較低，傾倒區主要潛在生態風險因子為Cd和Hg。潛在生態風險指數（ERI）表明該傾倒區的生態風險程度順序為：2006年>2009年>2004年>2008年>2000年，與2008年相比，2009年潛在生態風險指數（ERI）有所增加，其中重金屬Cd和Hg的潛在生態風險系數（）有較大增加。

嵐山港；傾倒區；沉積物；重金屬污染；生態風險評價

Abstract：Based on the monitoring data of the heavy metals in September 2009, the pollution status and the potential ecological risk of the heavy metals in Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site were studied by using the Hakanson ecological risk index, and the variation trend of ERI was analyzed.The results showed that the integrated contamination level and the potential ecological risk of the heavy metals were low in the surface sediments of Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site.The Cd and Hg were key factors of the potential ecological risk in dumping site.The variation trends of ERI showed the order of ecological risk degree was 2006>2009>2004>2008>2000, In 2009, it was higher than that of 2008, and theof Cd and Hg had a larger increase.

Keywords：Lanshan Port; dumping site; sediments; heavy metal contamination; ecological risk evaluation

嵐山港位于日照市東南部，黃海海州灣北角，是魯東南與蘇北交界處的唯一港口，是全國最大的鎳礦交易中心，江北重要的液化品集散地，山東省最大的木材中轉基地和交易市場，是全國沿海一類開放口岸和區域性重要港口。

嵐山港海洋臨時傾倒區于 2000年選劃，并于2003年底經國家海洋局北海分局批準啟用，傾倒區面積為314 hm2。該臨時傾倒區的疏浚物主要來自嵐山港日常建設外拋以及來自港池、回旋水域與航道的疏浚物。由于工業、城市排污的影響，港灣航道疏浚物往往不同程度的被石油類、重金屬及持久性有機物污染[1]，受重金屬污染的疏浚物進入水體，對水生生物易造成致死、致畸、致突變的“三致”效應[2,3]，進入水體的重金屬大部分轉移至懸浮顆粒物和底層沉積物中，累積的重金屬在一定條件下又釋放進入上覆水成為二次污染源，此外，通過生物富集和放大作用，重金屬會對生態系統構成直接和間接的威脅[4]，因此，具有源和匯雙重作用的沉積物在重金屬污染評價中至關重要[5]，全球首屆沉積物質量評價會議強調了沉積物風險性評價的重要性，并把重金屬列為主要評價因子之一[6]。

嵐山港海洋臨時傾倒區自啟用至今已有7年，截至2009年底，傾倒疏浚物達到566.837萬m3，2009年傾倒量61.19萬m3。那么該傾倒區表層沉積物重金屬污染情況如何，是否存在潛在生態風險，這些需要我們去研究。

本文以2009年9月該傾倒區的表層沉積物的監測資料為基礎，采用沉積物重金屬潛在生態風險指數評價法對該傾倒區沉積環境中重金屬污染特征，可能存在的生態風險及潛在生態風險變化趨勢進行了研究，對合理安排港池、航道及其它海洋海岸工程疏浚物傾倒，維護嵐山港口航道的發展和海洋海岸工程建設具有重要的現實意義，從而更好的保護海洋環境和資源，防止沉積物中重金屬的再次釋放造成二次污染，繼續科學合理地使用該海洋傾倒區。

1 材料與方法

1.1 采樣與分析

表層沉積物樣品采用曙光采泥器（張口面積0.05 m2）采集，分別于2000年，2004年，2006年，2008年及2009年在嵐山港海洋臨時傾倒區及周圍海域跟蹤監測的7個監測站位（2000年，2004年和2006年調查站位為5、6、7、8、9號站5個監測站位）采集樣品，采樣站位布置，其中5號站在傾倒區中心，LQ7號站在傾倒區南側邊緣，其余站點分布于傾倒區周圍，如圖1所示。采樣深度在10cm~15 cm之間，用塑料勺從采泥器耳蓋中仔細取上部0cm~2 cm的沉積物，其中測定銅、鉛、鋅、鎘、鉻的樣品放入干凈的聚乙烯袋中，扎緊袋口保存；測定汞的樣品盛入500 mL磨口廣口瓶中，密封瓶口保存。

沉積物樣品帶回實驗室后，置于烘箱內 105℃（Hg樣品40-60℃）恒溫烘干，并用瑪瑙研缽研磨后過160目篩供分析備用。重金屬監測項目有：Cu、Pb、Zn、Cd、Cr和Hg。稱取0.1 g烘干樣品，經HN03-HCl04消解后，采用日本島津AA-6300型原子吸收分光光度計用火焰原子吸收分光光度法測定樣品中 Zn含量；用石墨爐原子吸收測定樣品中的Cu、Pb、Cd和Cr的含量；稱取0.1 g烘干樣品，經硝酸-鹽酸消解后，采用XGY-1011A型原子熒光光度計用原子熒光法測定Hg的含量，具體分析方法參見《海洋監測規范》（GB17378.5-2007）[7]。分析過程使用黃海海洋沉積物成份分析標準物質（GBW07333）作內控樣進行質量控制，測定沉積物樣品的相對標準偏差均小于10.0%，相對誤差均小于8.5%。

粒度的測定，稱取 20 g左右烘干的沉積物樣品，撿出明顯異物，加偏磷酸鈉浸泡8 h后過水篩，采用綜合法（篩析法和沉析法）測定，具體分析方法參見《海洋調查規范》（GB/T l2763.8-2007）[8]

圖1 表層沉積物采樣站位圖（圓圈處為傾倒區位置）Fig.1 Sampling stations of Surface Sediments（The circle indicates the Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site）

1.2 評價方法

采用瑞典學者Hakanson提出的沉積物風險評價的生態風險指數法（ERI）[9]進行評價，其計算公式為：

表1, ,與污染程度或潛在生態風險程度的關系Tab.1 Relationships of ,, ,ERI and pollution levels, potential ecological risk degrees

表1, ,與污染程度或潛在生態風險程度的關系Tab.1 Relationships of ,, ,ERI and pollution levels, potential ecological risk degrees

指標 污染程度或潛在生態風險程度＜1 ≥1，＜3 ≥3，＜6 ≥6 i f C 低污染 中污染 較高污染 很高污染＜6 ≥6，＜12 ≥12，＜24 ≥24 Cd 低污染 中污染 較高污染 很高污染＜25 ≥25，＜50 ≥50，＜100 ≥100，＜200 ≥200 i r E低潛在生態風險中潛在生態風險較高潛在生態風險高潛在生態風險很高潛在生態風險＜110 ≥110，＜220 ≥220，＜440 ≥440 ERI 低潛在生態風險中潛在生態風險較高潛在生態風險很高潛在生態風險

1.2.1 評價中各參數的確定

1.2.1.1 評價要素的確定 在本研究中選取Cu、Pb、Zn、Cd、Cr和Hg 6種重金屬污染要素參加評價。

1.2.1.2 參比值的確定 目前各國學者對參比值的選擇各不相同，國內外尚無統一的標準，如何孟常等[10]采用當地沉積物重金屬背景值作參比，而Hakanson[9]，陳靜生等[11]選取現代工業化前沉積物重金屬的最高背景值為參比值，為反映特定區域的差異性，定量地反映出污染程度，避免采用大尺度平均參考值的偏差，本文選取黃海沉積物中重金屬的背景值[12]做參比來評價嵐山港海洋臨時傾倒區表層沉積物中重金屬的綜合污染情況。

1.2.2 不同重金屬對ERI的貢獻率 用某一重金屬各站的平均值除以各站 ERI的平均值，計算不同重金屬對ERI的貢獻率。

1.3 表層重金屬生態風險變化趨勢分析

根據2000年、2004年、2006年、2008年和2009年嵐山港海洋臨時傾倒區重金屬調查數據，對該傾倒區表層沉積物重金屬生態風險變化趨勢進行分析。

2 結果與討論

2.1 表層沉積物重金屬污染現狀分析

由表2可知，嵐山港海洋臨時傾倒區表層沉積物重金屬綜合污染指數范圍為 3.03～3.61，平均值為3.33，處于低污染程度，可見該傾倒區海域表層沉積物綜合質量狀況較好。

該傾倒區海域表層沉積物中各種重金屬元素的平均污染程度由大到小依次為：Cd >Hg >Cu >Cr >Pb >Zn。其中重金屬Cd的污染指數最高，有86%的監測站位Cd的含量均超過背景值，污染程度為中污染，其余重金屬Cu、Pb、Zn、Cr和Hg在該海域表層沉積物中含量均低于背景值含量，污染程度為低污染，表明嵐山海洋臨時傾倒區海域表層沉積物中的Cd存在一定的污染。

從重金屬污染的空間分布總體上傾倒區南部海區高于北部海區，從東部海區向西部海區降低的趨勢。根據跟蹤監測水深的結果分析，受傾倒物的影響，測量區總體分布趨勢為西高東低，傾倒區東部海底沉積物有所積累，從而使傾倒區東部海域沉積物重金屬含量有所增加。另外，根據嵐山驗潮站資料分析，該海域屬于正規半日潮流類型，潮流的運動形式為往復流；根據北海預報中心對該海域海流的調查資料顯示，該海域漲潮流流向主要集中出現在西南向，落潮流流向主要集中出現在東北向，漲潮流平均流速大于落潮流平均流速；根據該傾倒區海域的流場模擬資料，對對沉積物遷移起主要作用的是余流，該海域余流大致為南向，可能在海流的作用下使傾倒物從北向南遷移，導致重金屬含量傾倒區南部海區略高于北部海區。同時，由于沉積物粒度是控制沉積物重金屬分布特征的重要參數[13]，因此結合對該海域沉積物粒度的調查結果，調查海域沉積物類型主要為黏土質粉砂和粉砂質黏土，其中該傾倒區海域南部的7號站和東部6號站為粒徑較小的粉砂質黏土，西部的 8、9號站，中部的5、LQ7號站為粒徑稍大的黏土質粉砂，由于重金屬元素主要富集在細顆粒沉積物，因此粒度的分布情況與重金屬的分布特征基本吻合。

表2 嵐山臨時傾倒區海域沉積物重金屬污染程度及分布狀況Tab.2 Distribution of sediment heavy metals pollution extent in Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site

2.2 重金屬的潛在生態風險評價

表3給出了嵐山港海洋臨時傾倒區海域所有監測站位的重金屬潛在生態風險指數，從總體污染程度上看，該傾倒區海域所有監測站位的重金屬潛在生態風險指數ERI值范圍在51.06~72.50，平均值為62.51，都在 80以下，遠小于110，所以該海域表層沉積物重金屬對海洋生態系統的潛在風險較低。

重金屬潛在生態風險性最高的測站為8號站，最低為9號站。從空間分布上看，總體上傾倒區南部海域的重金屬潛在生態風險要高于北部海域，這與重金屬污染現狀分析的結果相一致。

綜合上述兩種評價結果，可以看出，從污染程度角度看，嵐山港海洋臨時傾倒區海域表層沉積物重金屬元素污染的排列順序為：Cd>Hg>Cu>Cr>Pb>Zn；從生態危害的角度看，各重金屬元素的潛在生態風險性排列順序為：Cd>Hg>Cu>Pb>Cr>Zn，可以看出兩種結果的排列順序并不完全一致，這可能是由于有些重金屬元素具有親顆粒性，容易被懸浮物遷移進入沉積物中礦化埋藏，使它們對生物的毒性降低[14]，同時，各種金屬元素對海洋生物的毒性不同，污染程度較高的不一定對生態系統的危害就高，因此，只有把兩種方法相結合，才能更全面的反映沉積物重金屬的污染特征和對海洋生態系統的危害性。

圖2 不同重金屬對ERI的貢獻率Fig.2 Contribution of different heavy metals for potential ecological risk index

2.3 不同重金屬對ERI的貢獻率

從圖2可以看出Cd、Hg是嵐山港海洋臨時傾倒區 2009年的主要污染重金屬，其潛在生態風險指數的貢獻率分別到達了49.8%和40.9%，共占所有重金屬貢獻率的90.7%，Cr、Zn的貢獻率最小，只分別占l.3%和0.5%，因此，Cd、Hg為嵐山港海洋臨時傾倒區海域的主要風險因子，對海洋生態具有較高的潛在生態危害性。因此，在今后疏浚物的管理中應該加強對Cd、Hg的監測。

2.4 表層沉積物重金屬潛在生態風險變化趨勢分析

圖3給出了2000年—2009年單個重金屬的潛在生態風險系數及綜合重金屬潛在生態風險指數的年際變化趨勢。潛在生態風險指數（ERI）表明該傾倒區的生態風險程度順序為：2006年>2009年>2004年>2008年>2000年，2006年潛在生態風險指數（ERI）最高，與2008年相比，2009年潛在生態風險指數（ERI）有所增加，各重金屬的潛在生態風險系數（）也有不同程度的增加，其中重金屬Cd和Hg的潛在生態風險系數（）增加最大，而重金屬Cu、Pb、Zn、Cr的潛在生態風險系數（）略有增加，結合該傾倒區歷年的傾倒量（圖4）分析，可能是傾倒量的變化造成了潛在生態風險指數（ERI）的變化。

表3 嵐山臨時傾倒區海域沉積物重金屬的潛在生態風險因子和風險指數Tab.3 Potential ecological risk factors and index of sediment heavy metals in Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site

圖3 單個重金屬的潛在生態風險指數及綜合潛在生態污染指數的年際變化Fig.3 Inter-annual variation of ERI and

圖4 嵐山港海洋臨時傾倒區疏浚物歷年傾倒量Fig.4 Dumping amount of Dredged materials of Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site in each year

3 結 論

1）從污染程度角度分析，嵐山港海洋臨時傾倒區海域表層沉積物重金屬元素污染的排列順序為：Cd>Hg>Cu>Cr>Pb>Zn，其中Cd的污染指數最高，為中等污染程度，其余重金屬污染程度為低污染；

2）從生態危害的角度分析，各金屬元素的潛在生態風險性排列順序為：Cd>Hg >Cu>Pb>Cr>Zn，其中 Cd的潛在生態風險系數平均值最高，Hg次之，均具有中等潛在生態風險；其余重金屬為低等潛在生態風險；

3）Cd、Hg為嵐山港海洋臨時傾倒區海域的主要風險因子，總體上該傾倒區表層沉積物重金屬的潛在生態風險性較低，沉積物環境綜合質量較好；

4）2000年至2009年嵐山港海洋臨時傾倒區表層沉積物重金屬潛在生態風險指數（ERI）表明該傾倒區的生態風險程度順序為：2006年>2009年>2004年>2008年>2000年。

因此，今后傾倒單位人員應增強環保意識，確保傾倒到位；監管部門要加強傾倒區的管理和監管工作，并特別注意加強對Cd、Hg的監測，保證該海洋傾倒區的安全、合理使用。

致謝：感謝日照、青島海洋環境監測中心站的各位同事在出海調查及實驗分析中的大力支持，在此一并致謝。

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Evaluation on heavy metals contamination, potential ecological risk evalution and analysis of the variation trends in the surface sediments of Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site

ZHANG Liang, CAO Cong-hua, REN Rong-zhu, SUN Bin, SU Kai, LIN Sen, QU Wen

(North China Sea Marine Forecasting Center of State Oceanic Administration, Qingdao 266033, China)

X826

A

1001-6932(2011)02-0235-06

2010-03-22；收修改稿日期：2010-08-26

張亮（1978-），男，山東淄博人，助理工程師，碩士，主要從事海洋環境監測方面研究。電子郵箱：zhangliang@nmfc.gov.cn。