浙南沿海沉積物中重金屬污染及其潛在生態危害評價

陳星星，黃振華，吳 越，陸榮茂，葉 深，柯愛英

(浙江省海洋水產養殖研究所/浙江省近岸水域生物資源開發與保護重點實驗室，浙江 溫州 325005)

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浙南沿海沉積物中重金屬污染及其潛在生態危害評價

陳星星，黃振華，吳 越，陸榮茂，葉 深，柯愛英

(浙江省海洋水產養殖研究所/浙江省近岸水域生物資源開發與保護重點實驗室，浙江 溫州 325005)

測定了浙南沿海蒼南霞關(CN)、洞頭霓嶼(DT)和樂清清江口(QJK)海域表層沉積物中重金屬的含量，并采用Hakanson潛在生態危害指數法對其生態危害進行評價。結果表明，這3個地區各個站點的重金屬污染狀況呈現一定的相似性，Cu，Pb，Zn和Cr均屬于中等污染程度；3個地區平均綜合污染指數分別為6.44，7.23，6.45，屬于低污染程度。3個地區的生態風險指數表現為DT(45.29)>CN(42.26)>QJK(42.16)，指數數值都小于150，屬于低生態危害程度，在空間分布上，蒼南霞關和樂清清江口呈現近岸高、遠岸低，灣內高、灣外低的變化趨勢。

浙南沿海；重金屬；表層沉積物；生態危害

重金屬是沉積物中最普遍的環境污染物質，可能來源于自然環境或人類活動。水體的懸浮顆粒物充當了水體中重金屬遷移轉化的主要載體，而海洋沉積物則成了重金屬遷移轉化的主要歸宿。與大多數有機物不同，重金屬是非降解元素型有毒物質，一般不能借助于天然過程從水生態系統中除掉，也不會因化合物結構的破壞而喪失其毒性[1]。積累在底部沉積物中的重金屬，它們會再次釋放進入水體，并遷移進入海水生物體，對生物體產生毒害。此外，通過生物富集和放大作用，重金屬可對漁業生態系統構成嚴重威脅[2-4]。

Hakanson提出的生態風險指數法不僅反映了某一特定環境下沉積物中各種污染物對環境的影響，反映了環境中多種污染物的綜合效應，而且用定量方法劃分出了潛在生態風險程度，現已發展成為沉積物質量評價中應用最為廣泛的方法之一[5-8]。

本研究以浙南沿海(蒼南霞關、洞頭霓嶼、樂清清江口)表層沉積物為研究對象，對其中的重金屬元素Cu，Pd，Cd，Zn，Cr，Hg和As等的分布狀況及富集特征進行研究，并采用Hakanson所提出的生態風險指數法對重金屬的危害程度進行評價，以期為浙南沿海環境質量的綜合評價及污染治理等提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

試驗用到的主要儀器包括：AA-240FS原子吸收光譜儀，美國瓦里安公司；AFS9800原子熒光光譜儀，北京海光儀器公司；ETHOS1微波消解儀，意大利麥爾斯通公司。

主要試劑包括：濃硝酸和濃鹽酸(優級純)，購自國藥集團化學試劑有限公司；Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg和As標準儲備液(1 000 mg·L-1)，上海安譜科學儀器有限公司；去離子水。

1.2 樣品采集

沉積物樣品于2014年10月分別自蒼南霞關、洞頭霓嶼、樂清清江口采集，樣品數量分別為9，9，11個。采樣站位分布如圖1所示。采回的底泥樣品在通風干燥處自然風干，再用研缽磨碎，過160目篩，用樣品袋封存備測。處理方法均按照GB 17378.3—2007[9]海洋監測規范第3部分中的相關規定執行。

1.3 試驗方法

對所采集的表層沉積物樣品，分別測定Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg和As的質量濃度。其中，Cu，Pb，Zn參照GB 17378.5—2007，用火焰原子吸收分光光度法測定，檢出限分別為2.0，3.0，6.0 mg·kg-1；Hg和As參照GB 17378.5—2007，用原子熒光法測定，檢出限分別為0.002和0.6 mg·kg-1；Cd參照GB 17378.5—2007，用無火焰原子吸收分光光度法測定，檢出限為0.04 mg·kg-1；Cr參照HJ 491—2007[10]，用無火焰原子吸收分光光度法測定，檢出限為2.00 mg·kg-1；

圖1 采樣站位示意圖Fig.1 Schematic diagram of sampling stations

1.4 沉積物中重金屬評價

采用Hakanson提出的生態風險指數法[11]。其中，單個污染物污染指數的計算公式為：

(1)

為了定量地表達水域中單個污染物的潛在生態風險，定義潛在風險參數為：

(2)

評價指標數值污染程度或生態危害程度等級Cif<1低Ⅰ1～3中等Ⅱ3～6重Ⅲ≥6嚴重ⅣCd<8低Ⅰ8～16中等Ⅱ16～32重Ⅲ≥32嚴重ⅣEir<40低Ⅰ40～80中等Ⅱ80～160較重Ⅲ160～320重Ⅳ≥320嚴重ⅤRI<150低Ⅰ150～300中等Ⅱ300～600重Ⅲ≥600嚴重Ⅳ

2 結果與分析

2.1 沉積物污染現狀分析

采用單個污染物污染指數法，對蒼南、洞頭、樂清沉積物中的污染要素進行分析和評價。蒼南霞關、洞頭霓嶼和樂清清江口各種重金屬在沉積物中的含量及富集系數分別如表2、表3、表4所示。可以發現，這3個地區各個站點的沉積物重金屬分布現況呈現一定的相似性，即Cu，Pb，Zn，Cr含量均高于Hakanson提出的全球工業化前沉積物中相應污染物的背景值，說明這3個地區的沉積物已經遭到了一定程度的污染。

由表2可見，蒼南站點Pb的富集系數最高，平均富集系數1.38，其他依次是Cr>Zn>Cu>As>Hg>Cd。由表3可見，洞頭站點平均富集系數從大到小依次為Cr>Zn>Pb>Cu>As>Hg>Cd；同樣由表5可知，樂清清江口站點平均富集系數從大到小依次為Cr>Pb>Cu>Zn>As>Hg>Cd。

以現代工業化前沉積物中重金屬最高背景值為參照，蒼南霞關、洞頭霓嶼和樂清清江口表層沉積物中As，Hg，Cd的平均污染指數均小于1，屬于低污染程度。需要加以關注的是3個地區的Cu，Pb，Zn，Cr，其平均污染指數均大于1，屬于中等污染程度。其中，Cu在所有29個站點中，僅在蒼南CN7(0.86)是小于1的；Pb在所有29個站點中均大于1；Zn在所有29個站點中，僅在樂清QJK9(0.99)小于1，但也接近1；Cr在所有29個站點中，僅在樂清QJK10(0.98)小于1。浙南3個地區海域沉積物中幾乎均存在不同程度的Cu，Pb，Zn，Cr污染，表明這4項重金屬是浙南沿海沉積物最具環境風險的污染因子。

總體來看，蒼南霞關、洞頭霓嶼和樂清清江口的平均綜合污染指數分別為6.44，7.23，6.45，雖然尚屬于低污染程度，但也是幾乎接近8了，尤其是洞頭海域。因此，對浙南海域的生態環境健康需引起高度重視，尤其對沉積物中Cu，Pb，Zn，Cr污染，要查找源頭，加以有效管理和控制。

2.2 重金屬的潛在生態危害評價

從表5可見，蒼南霞關各個站點間污染呈現近岸高、遠岸低，灣內高、灣外低的變化趨勢。分析其原因，站點CN1，CN6污染程度相對較高是受陸源性河口輸入影響，并且灣內水質交換周期相對灣外要長些，從CN9>CN8>CN7更能佐證近岸高、遠岸低，灣內高、灣外低的變化趨勢，這3個站點都是位于灣外，但CN8和CN7都比CN9要遠離近岸，受污染影響也就較輕。

表2 蒼南表層沉積物中重金屬的質量濃度及富集系數

Table 2 Contents and accumulation coefficients of heavy metals in surface sediment in Cangnan

調查站位CrCuPbZnCdAsHg質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數CN189.191.4935.251.1737.251.4991.231.140.080.1614.730.980.0890.36CN278.151.3033.601.1236.001.44110.281.380.080.1613.320.890.0740.30CN370.261.1739.811.3334.911.40102.661.280.090.1712.490.830.0790.32CN475.961.2737.131.2431.911.2896.361.200.080.1611.160.740.0850.34CN579.981.3337.261.2440.381.62128.461.610.070.1411.800.790.0800.32CN6106.361.7741.231.3740.911.64108.591.360.080.1612.640.840.0820.33CN762.741.0525.770.8626.921.0879.901.000.040.0810.240.680.0810.33CN883.211.3932.831.0929.251.1789.671.120.070.1413.220.880.0740.30CN970.001.1733.381.1133.331.3399.331.240.080.1613.130.880.0760.30均值79.541.3335.141.1734.541.38100.721.260.070.1512.520.830.0800.32綜合指數6.44

表3 洞頭表層沉積物中重金屬的質量濃度及富集系數

Table 3 Contents and accumulation coefficients of heavy metals in surface sediment in Dongtou

調查站位CrCuPbZnCdAsHg質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數DT1116.851.9539.601.3234.001.36124.271.550.070.1511.360.760.0720.29DT2115.071.9241.421.3835.291.41116.011.450.070.1411.370.760.0760.30DT386.671.4441.251.3837.961.52119.691.500.100.2011.690.780.0730.29DT485.881.4337.011.2333.331.33111.691.400.090.1811.620.770.0690.27DT586.321.4438.071.2730.191.2196.211.200.110.2111.420.760.0730.29DT664.031.0743.441.4540.571.62122.281.530.110.2112.510.830.0830.33DT7105.991.7748.831.6335.711.43122.351.530.110.2113.300.890.0860.35DT883.101.3943.851.4640.001.60125.981.570.100.2012.960.860.0870.35DT9105.971.7746.941.5640.741.63120.821.510.110.2213.760.920.0830.33均值94.431.5742.271.4136.421.46117.701.470.100.1912.220.810.0780.31綜合指數7.23

表4 樂清表層沉積物中重金屬的質量濃度及富集系數

Table 4 Contents and accumulation coefficients of heavy metals in surface sediment in Yueqing

調查站位CrCuPbZnCdAsHg質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數質量濃度/(mg·kg-1)富集系數QJK198.991.6551.321.7138.681.55112.141.400.110.2113.860.920.0830.33QJK295.441.5948.431.6137.251.49127.001.590.100.2114.300.950.0780.31QJK381.531.3643.561.4530.561.2299.691.250.070.1412.740.850.0770.31QJK481.551.3635.471.1835.591.4299.591.240.070.1413.530.900.0800.32QJK575.971.2741.201.3728.701.1584.281.050.090.1813.920.930.0800.32QJK670.631.1841.091.3736.461.46109.051.360.070.1313.480.900.0760.30QJK781.681.3631.411.0527.171.0988.551.110.080.1712.800.850.0660.26QJK891.841.5337.341.2431.911.2893.811.170.090.1713.420.890.0720.29QJK989.851.5037.451.2528.431.1478.870.990.060.1214.630.980.0740.30QJK1058.610.9831.301.0431.521.26105.851.320.070.1413.840.920.0730.29QJK1190.721.5143.401.4537.231.49120.811.510.080.1612.230.820.0800.32均值80.261.3438.031.2731.951.2897.831.220.080.1513.400.890.0750.30綜合指數6.45

表5 蒼南表層沉積物中各重金屬的潛在風險參數及綜合潛在風險參數

調查站位EirCrCuPbZnCdAsHgRICN12.975.877.451.144.739.8214.3046.28CN22.615.607.201.384.818.8811.8242.30CN32.346.646.981.285.198.3212.6843.44CN42.536.196.381.204.847.4413.6742.25CN52.676.218.081.614.187.8712.8343.43CN63.556.878.181.364.678.4313.1546.20CN72.094.295.381.002.346.8213.0334.96CN82.775.475.851.124.208.8111.9040.13CN92.335.566.671.244.718.7512.0941.36均值2.655.866.911.264.418.3512.8342.26

表6 洞頭表層沉積物中各重金屬的潛在風險參數及綜合潛在風險參數

調查站位EirCrCuPbZnCdAsHgRIDT13.906.606.801.554.407.5711.5742.38DT23.846.907.061.454.077.5812.1043.01DT32.896.887.591.505.887.7911.7144.23DT42.866.176.671.405.307.7410.9741.11DT52.886.346.041.206.387.6211.7142.17DT62.137.248.111.536.328.3413.3347.01DT73.538.147.141.536.368.8613.8249.39DT82.777.318.001.575.958.6413.9248.16DT93.537.828.151.516.649.1713.3550.17均值3.157.047.281.475.708.1512.5045.29

從表6可知，洞頭霓嶼各個站點潛在生態風險指數并沒有像蒼南霞關一樣呈現近岸高、遠岸低的變化趨勢。分析其原因，在采樣點的西邊是正在實施的工程——淺灘一期圍墾和淺灘二期圍墾，阻擋了南北海水的流通，這就使得該區域的海水更新周期更長，因此各個站點間的數據呈現一定的無序性。縱向比較采樣3個地區的平均生態風險指數來看，DT(45.29)>CN(42.26)>QJK(42.16)，洞頭海域該指數也是最高的。在采樣時候碰到紫菜養殖戶，養殖戶也反映由于水質變差，紫菜的生長狀況不是很樂觀，這與本研究的結果基本一致。

從表7可知，樂清清江口各個站點潛在生態風險指數呈現近岸高、遠岸低的變化趨勢。分析其原因，站點QJK1，QJK2污染程度較高是受陸源性河口輸入影響。在現場采樣時發現，站點QJK2到小橫床島之間這一地帶已經被淤泥淤積，在沒有大潮水的情況下基本上阻斷了與東邊站點QJK11，QJK10海域水質的交換，因此導致QJK11，QJK5，QJK4，QJK6，QJK8，QJK3，QJK9的受污染程度較為接近。而QJK7相對遠離近岸，水域較深，即使有污染也能得到擴散，所以潛在生態風險指數相對較小。

表7 樂清表層沉積物中各重金屬的潛在風險參數及綜合潛在風險參數

調查站位EirCrCuPbZnCdAsHgRIQJK13.308.557.741.406.379.2413.2949.88QJK23.188.077.451.596.259.5312.4948.57QJK32.727.266.111.254.258.4912.3842.47QJK42.725.917.121.244.339.0212.7543.09QJK52.536.875.741.055.539.2812.8343.83QJK62.356.857.291.363.958.9912.1842.97QJK72.725.245.431.115.058.5410.5738.66QJK83.066.226.381.175.198.9511.5142.49QJK93.006.245.690.993.589.7511.8141.06QJK101.955.226.301.324.289.2311.6039.90QJK113.027.237.451.514.778.1512.8244.96均值2.686.346.391.224.558.9312.0542.16

3 小結

本研究發現，蒼南霞關、洞頭霓嶼和樂清清江口各個站點Cu，Pb，Zn，Cr的平均單因子污染指數均大于1，屬于中等污染程度；但整體來看，3 個地區的平均綜合污染指數分別為6.44，7.23，6.45，尚屬于低污染程度。蒼南霞關、洞頭霓嶼和樂清清江口的生態風險指數都小于150，屬于低生態危害程度，其中，蒼南霞關和樂清清江口的生態風險指數在空間分布上呈現近岸高、遠岸低，灣內高、灣外低的變化趨勢。

[1] 董麗華， 李亞男， 常素云，等. 沉積物中重金屬的形態分析及風險評價[J]. 天津大學學報(自然科學與工程技術版)， 2009， 42(12):1112-1117.

[2] 盧璐， 張碩， 趙裕青，等. 海州灣人工魚礁海域沉積物中重金屬生態風險的分析[J]. 大連海洋大學學報， 2011， 26(2):126-132.

[3] 徐曉春， 牛杏杏， 王美琴，等. 銅陵相思河重金屬污染的潛在生態危害評價[J]. 合肥工業大學學報(自然科學版)， 2011， 34(1):128-131.

[4] 黃宏， 郁亞娟， 王曉棟，等. 淮河沉積物中重金屬污染及潛在生態危害評價[J]. 環境污染與防治， 2004， 26(3):207-208.

[5] 馬德毅， 王菊英. 中國主要河口沉積物污染及潛在生態風險評價[J]. 中國環境科學， 2003， 23(5):521-525.

[6] 張麗旭， 任松， 蔡健. 東海三個傾倒區表層沉積物重金屬富積特征及其潛在生態風險評價[J]. 海洋通報， 2005， 24(2):92-96.

[7] 張存勇， 馮秀麗. 連云港近岸海域沉積物粒度空間分布特征及其分析[J]. 海洋學報(中文版)， 2009， 31(4):120-127.

[8] 張鑫， 周濤發， 楊西飛， 等. 河流沉積物重金屬污染評價方法比較研究[J]. 合肥工業大學學報(自然科學版)， 2005, 28(11): 1419-1423.

[9] 全國海洋標準化技術委員會. 海洋監測規范 第5部分: 沉積物分析: GB 17378.5—2007[S]. 北京: 中國標準出版社， 2007.

[10] 環境保護部科技標準司.土壤 總鉻的測定 火焰原子吸收分光光度法: HJ 491—2009[S]. 北京: 中國標準出版社， 2009.

[11] HAKANSON L. An ecological risk index for aquatic pollution control: A sedimentological approach[J].WaterResearch， 1980， 14(8): 975-1001.

[12] 陳靜生， 周家義. 中國水環境重金屬研究[M]. 北京: 中國環境科學出版社， 1992: 168-170.

(責任編輯 高 峻)

Ecological risk of heavy metals in surface sediment in coastal areas in southern Zhejiang

CHEN Xing-xing， HUANG Zhen-hua， WU Yue， LU Rong-mao， YE Shen， KE Ai-ying*

(ZhejiangMaricultureResearchInstitute，ZhejiangKeyLaboratoryofExploitationandPreservationofCoastalBio-resource，Wenzhou325005，China)

The contents of heavy metals in surface sediment in coastal areas in southern Zhejiang were analyzed， and the ecological risk of heavy metals were assessed by Hakanson potential ecological risk index method and coefficient of contaminates. It was shown that the situations of heavy metals pollution of each sampling site in the three areas were similar. The contamination status of Cu， Pb， Zn and Cr reached medium level. The average comprehensive pollution index of the three areas was 6.44， 7.23 and 6.45， respectively， which belonged to the low pollution level. The ecological risk index of the three areas decreased as DT(45.29)>CN(42.26)>QJK (42.16)， which were all below 150 and exhibited low ecological risk. For spatial distribution， the pollution level reduced by degrees with the distance far away from the coast in CN and QJK.

coastal areas in southern Zhejiang; heavy metals; surface sediment; ecological risk

http://www.zjnyxb.cn

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.01.23

2015-03-20

浙江省科技計劃項目(2013C32059)；溫州市招標項目(DHCG20140903)；臨港工業開發背景下樂清灣海水增養殖區的環境監測和生態養護(浙海漁計[2012]100號)

陳星星(1988—)，男，浙江臺州人，本科，助理工程師，主要研究方向為水產品質檢與營養分析。E-mail：363316091@qq.com

*通信作者，柯愛英，E-mail：982634360@qq.com

X55; S154.1

A

1004-1524(2016)01-0139-06

浙江農業學報ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2016，28(1):139-144

陳星星，黃振華，吳越，等.浙南沿海沉積物中重金屬污染及其潛在生態危害評價[J].浙江農業學報，2016，28(1)：139-144.