黃海南部海域表層沉積物重金屬分布及生態風險研究

杜瑤怡　徐吉波

【摘 要】2013年黃海南部海域所采集的25個站位表層沉積物6項重金屬指標含量均在第一類標準限值內，平均含量為Cu16.1mg/kg、Pb17.0 mg/kg、Zn61.8mg/kg、Cd0.079mg/kg、Hg0.031mg/kg、As3.10mg/kg。空間分布上，Cu、Pb、Zn3種重金屬含量在調查海域西北部呈現峰值，并沿東南方向遞減；Cd含量在中部呈現峰值，并向四周遞減；As含量呈中間低四周高的分布；Hg含量總體呈西高東低分布。采用Hakanson指數法評價了沉積物重金屬生態風險，結果顯示：調查海域表層沉積物中重金屬元素的潛在生態風險整體表現為輕微。6種重金屬元素對黃海南部海域潛在生態綜合危害的大小貢獻順序為：Hg>Cd>Pb>Cu>As>Zn，。Hg的 值對 值的權重貢獻最大，即Hg表現為首要的潛在生態風險因子。

【關鍵詞】黃海 沉積物 重金屬 生態風險

受黃河長江兩條大河及黃海沿岸陸源污染物的交互影響，黃海中大部分重金屬污染物經歷了吸附作用、絮凝作用等復雜的物理、化學、生物過程后，轉移到顆粒態中并沉積于海底。進入到沉積物中的重金屬分布具有時空上的有序性和相對穩定性，并具有很強的富集性。這些都對底棲生物產生很強的毒副作用，并通過食物鏈影響人類健康[1]。Hakanson生態風險指數法[2]綜合考慮了重金屬的毒性、重金屬在沉積物中普遍的遷移轉化規律和評價區域對重金屬污染的敏感性，以及重金屬區域背景值的差異，消除了區域差異和異源污染的影響，可以綜合反映沉積物中重金屬對生態環境的影響潛力，許多學者和專家利用該方法對不同地區的沉積物重金屬污染進行了評價[3-6]。本文分析了黃海南部海域表層沉積物重金屬的分布特征，研究了重金屬元素間的相關關系，運用Hakanson指數法對重金屬污染生態風險進行了評價，對于該海域的海洋環境保護，海洋資源的可持續利用具有重要意義。

1材料與方法

1.1研究區域及樣品采集

2013年黃海海域沉積物調查監測范圍為北緯32.500°～36.925°，東經124°以西的黃海海域，取25個測點進行調查采樣。各監測站布置見圖1。采用抓斗式采樣器采集表層沉積物樣品，采樣后樣品放入聚乙烯塑料袋中密封，-20℃冰凍保存。

1.2樣品處理與分析

樣品經冷凍干燥儀冷凍干燥后，并經球磨儀粉碎后待測。樣品的Pb、Cd采用石墨爐原子吸收分光光度法；Cu、Zn采用火焰原子吸收分光光度法；As、Hg采用氫化物—原子熒光光度法；有關操作參見《海洋監測規范》[7]。采用GBW07314 標準物質全程質控。

2 結果與討論

2.1表層沉積物重金屬分布特征

銅：測值范圍7.5～31.6mg/kg，均值16.1mg/kg，最小值出現在D9站位，最大值出現在B7站位。總體呈現以中部偏北的B6和B7站位為中心，向四周輻射遞減的態勢，高值區的中心區域濃度高于28mg/kg，C7-D7-E5連線西南部濃度低于12mg/kg。中西區域等值線分布較密，濃度變化梯度較大，西南區域等值線分布稀疏，濃度變化梯度較小，詳見圖2。

鉛：測值范圍6.6～31.4mg/kg，均值17.0mg/kg，最小值出現在D9站位，最大值出現在B6站位。總體分布呈現以中部偏北的B6站位為中心，向四周輻射遞減的態勢，高值區的中心區域濃度高于30mg/kg，B9-C7-D7連線西南部濃度低于14mg/kg，詳見圖2。

鋅：測值范圍32.4～104mg/kg，均值61.8mg/kg。最小值出現在C8站位，最大值出現在B6站位。總體呈現以中部偏北的B6站位為中心，向四周輻射遞減的態勢，高值區的中心區域濃度高于100mg/kg，中西部和西南角濃度低于50mg/kg。等值線總體分布比較均勻，濃度變化梯度比較穩定，詳見圖2。

鎘：測值范圍0.046～0.130mg/kg，均值0.079mg/kg。最小值出現在C8站位，最大值出現在C3和B4站位。總體等值線分布比較稀疏，濃度變化梯度較小，在C8站位附近存在一個低值區，中心區域濃度低于0.055mg/kg，整體分布呈現由西向東遞增的態勢，詳見圖2。

砷：測值范圍0.17～7.08mg/kg，均值3.10mg/kg，最小值出現在D5站位，最大值出現在D8站位。在B6站位存在一個高值區，并以B6為中心向四周遞減趨勢分布，C與D斷面之間呈現出由北向南逐漸遞增的變化趨勢，在D8附近還存在一個高值區，并以D斷面為軸向南北兩側遞減分布，詳見圖2。

汞：測值范圍0.014～0.063mg/kg，均值0.031mg/kg，最小值出現在C9站位，最大值出現在D9站位。在B5附近存在高值區，A與B斷面之間呈現由北向南逐漸遞增的變化趨勢，B與C斷面之間呈現由西向東遞增的分布趨勢；D9站位出現最大值，并以扇形方式向調查海域東部遞減分布，詳見圖2。

2.2 相關性分析

采用數理統計軟件SPSS19.0作了重金屬間的Pearson（皮爾遜）相關性分析。結果表明：各重金屬元素之間，Cu與Pb、Zn、Cd、Hg，Pb與Zn、Cd、Hg，Zn與Cd、Hg，Cr與Hg有明顯的正相關關系，相關性分析結果詳見表1。

2.3潛在生態風險評價

2.3.1 Hakanson 潛在生態危害指數法

Hakanson潛在生態危害指數法是基于重金屬的生物毒性的評價方法，本文選擇了Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As006 種元素進行對沉積物評價。根據潛在生態危害系數法，某區域沉積物中第 種重金屬的潛在生態危害系數 和沉積物中多種重金屬的潛在生態危害指數 可分別表示為：

；

其中： 為第i種重金屬的污染指數； 為各樣品沉積物中第i種重金屬的實測濃度； 為參比值； 為第i種重金屬的毒性系數，反映各種重金屬元素毒性水平和生物對其污染的敏感程度。沉積物重金屬生態危害劃分標準為： <40 或 <150為輕微生態危害；40≤ <80 或150≤ <300為中等生態危害；80≤ <160或300≤ <600 為強生態危害；160≤ <320或 ≥600為很強生態危害； ≥320 為極強生態危害。

對于沉積物重金屬的評價，人們借助于確定區域地球化學自然背景值的方法來區分沉積物中化學物質的自然源量值及人為活動的增量水平[2]。本文采用文獻[8]沉積物中重金屬的參照值 和毒性系數 見表2。

2.3.2 潛在生態風險評價結果

監測數據的 、 統計分析結果見表3，所有監測站點表層沉積物重金屬潛在生態綜合風險危害指數 值遠低于150，說明調查海域表層沉積物中重金屬元素的潛在生態風險整體表現為輕微，即沉積物中重金屬的生態危害效應較小。但在不同的海域，潛在生態風險危害指數具有差異性。在調查海域的4號至6號，站位總的重金屬潛在生態風險危害指數最高，分別為28。0、31.3、31.0；在調查海域14 號、15 號以及16 號站位最低，分別為11.6、10.4、14.2。說明了陸域污染物的輸入對近岸沉積物中重金屬的含量有一定影響。沉積物中單個重金屬潛在風險危害系數均低于40，說明單因子污染物生態危害程度輕微。6 種重金屬元素對調查海域潛在生態綜合危害的大小貢獻順序為：Hg>Cd>Pb>Cu>As>Zn。Hg的 值對 值的權重貢獻最大，即Hg表現為首要的潛在生態風險因子。

3結語

調查海域沉積物中重金屬空間分布總體表現為銅、鉛、鋅三種重金屬在調查海域的西北部含量較高，向東南逐步減低；鎘中調查海域中部含量略高，周邊低；砷和汞分布大致相同，西北到西南含量較高，中部到東部較低。表明沉積物中各重金屬分布受陸源污染物輸入的影響存在不同。各重金屬元素之間，Cu與Pb、Zn、Cd、Hg，Pb與Zn、Cd、Hg，Zn與Cd、Hg，Cr與Hg有明顯的正相關關系。

潛在生態風險評價結果顯示，調查海域表層沉積物中重金屬元素的潛在生態風險整體表現為輕微。6種重金屬元素對調查海域潛在生態綜合危害的大小貢獻順序為：Hg>Cd>Pb>Cu>As>Zn，Hg的 值對 值的權重貢獻最大，即Hg表現為首要的潛在生態風險因子。

參考文獻：

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[8]陳靜生，陶澎，鄧寶山 等.水環境化學[M].北京：高等教育出版社，1987.