飛云江入海口表層沉積物中重金屬污染及潛在生態危害評價

陳星星，黃振華，潘齊存，陸榮茂，曾國權，柯愛英，黃志行，葉 深

(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)

浙江農業學報ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(10): 1706-1711

陳星星，黃振華，潘齊存，等. 飛云江入海口表層沉積物中重金屬污染及潛在生態危害評價[J]. 浙江農業學報，2017，29(10)： 1706-1711.

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.10.16

2017-03-07

浙江省科技廳項目(2015F30021， 2016C37071，2016F50032);2016年度溫州市重點漁業水域環境監測(DHCG20160307)

陳星星(1988—)，男，浙江臺州人，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，潘齊存，E-mail: 394823108@qq.com

飛云江入海口表層沉積物中重金屬污染及潛在生態危害評價

陳星星，黃振華，潘齊存*，陸榮茂，曾國權，柯愛英，黃志行，葉 深

(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)

于2016年8月采集飛云江入海口瑞安和平陽區域14個站點的表層沉積物，運用無火焰和火焰原子吸收分光法測定2個區域表層沉積物中的重金屬含量，并采用Hakanson潛在生態危害指數法對重金屬的生態危害進行評價。結果表明，這2個區域各個站位點的重金屬污染狀況具有一定的相似性：Cu、Zn和Cr的平均單因子污染指數均大于1，屬于中等污染程度；瑞安和平陽的平均綜合污染指數分別為5.34、5.87，屬于低污染程度。平陽的生態風險指數(21.03)大于瑞安(18.37)，但指數值都小于150，屬于低生態危害程度。在空間分布上，受飛云江和鰲江支流和沿岸流影響，平陽區域污染要大于瑞安區域。

飛云江入海口；重金屬；表層沉積物；生態危害

飛云江流域位于浙江省南部，為浙江省八大獨流入海水系之一。它發源于浙江省景寧和泰順兩縣交界處的洞宮山白云尖北麓干流，全長203 km，流域面積3 778 km2，是浙江省第四大河，溫州市第二大河。河口長約15 km，水流由西向東，單獨流入東海，屬于山溪性強潮河流。其徑流攜帶著上游各縣市鄉鎮的生活污水和工農業廢水進入河口海域。隨著溫州地區工農業的迅猛發展和城鎮化以及大規模的圍墾，飛云江入海口水質下降，威脅生態環境[1]。杜臣昌等[2]報道顯示，水中的重金屬離子會通過吸附、絡合、螯合等方式與懸浮顆粒物結合，最終進入沉積物中；因此，沉積物中的重金屬賦存蘊含了豐富的人為污染信息，對沉積物中重金屬污染物進行分析對于識別重金屬來源具有重要意義。

有關飛云江入海口表層沉積物重金屬的調查報道較少。1990年劉蒼字等[3]對浙南近岸表層沉積物重金屬Ni、Co、Cu和Pb做過調查，但是布點上并沒有針對飛云江口，另外元素測試上沒有關注Cd和Cr。據李學鵬等[4]報道，Cd超標會引起魚貝等生物中毒，人們若長期暴露于重金屬污染物，亦會引起神經系統、肝臟、腎臟等器官損傷。另據梁峰等[5]報道，Cr具有強致癌、致畸、致突變作用，對生物體傷害較大。2011年宋偉華等[1]對飛云江口海域表層沉積物進行調查，此次調查的對象除了重金屬外還包含溶解氧、無機氮和石油類等，內容較全，但是并未對重金屬進行風險評估和討論。本研究以飛云江入海口(瑞安和平陽海域)表層沉積物為研究對象，對Pb、Cr、Zn、Cu和Cd等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[6]對重金屬危害程度進行評價，為綜合評價飛云江入海口海域環境質量等提供科學依據與參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與預處理

2016年8月分別在飛云江入海口的瑞安海域和平陽海域采集8個和6個沉積物樣品。采樣站位分布及編號如圖1所示。樣品采集用抓斗式采泥器采集表層沉積物樣品，裝入自封袋，注明采樣時間、地點和樣品編號等，樣品置于裝有冰塊的保溫箱中運回實驗室，-20 ℃條件冷凍保存24 h(因同一批沉積物樣品在其他研究中還需進行微生物指標檢測，所以采用冷藏處理，若僅測定重金屬含量，則室溫保存即可)。冷凍后的沉積物樣品置于干凈、通風、陰涼的實驗臺面上自然風干，去除雜物，用瑪瑙研缽輕輕研磨，過63 μm尼龍篩，裝入干凈的可密封塑料袋中保存備用[7]。

圖1 采樣站位Fig.1 Location of sampling

1.2 試驗方法

對采集的表層沉積物樣品，參照GB 17378.5—2007，采用火焰原子吸收分光光度法測定Cu、Pb、Zn含量，檢出限分別為2.0、3.0、6.0 mg·kg-1，采用無火焰原子吸收分光光度法測定Cd和Cr含量，檢出限分別為0.04、2.0 mg·kg-1。采用土壤成分分析標準物質(GBW07430)進行質量控制。

1.3 沉積物中重金屬評價

Hakanson所提出的生態風險指數法[6]從“元素豐度原則”和“元素釋放度”角度出發，評價結果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，而且還能反映環境中多種污染物的綜合效應，并用定量方法劃分出了潛在生態風險程度。其中，單個污染物污染指數的計算公式為：

(1)

各個污染物污染指數之和(Cd)即為綜合污染指數。

為了定量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)

2 結果與分析

2.1 質量控制

本次測試采用土壤標準物質(GBW07430)進行質量控制，經測試，結果均能落在相應標準范圍內：Cu，(32±2) mg·kg-1；Pb，(61±2) mg·kg-1，Zn，(100±8) mg·kg-1；Cr，(67±3) mg·kg-1；Cd，(0.25±0.02) mg·kg-1。說明本次試驗的測定結果是準確、可信的。

表1各指數與污染程度或生態危害程度的對應關系

Table1Relationships within evaluation indicators and degree of pollution or ecological harm

評價指標Evaluationindicator數值Value污染程度或生態危害程度Degreeofpollutionorecologicalharm等級GradesCif<1低LowⅠ1～3中等MediumⅡ3～6重HeavyⅢ≥6嚴重SeriousⅣCd<8低LowⅠ8～16中等MediumⅡ16～32重HeavyⅢ≥32嚴重SeriousⅣEir<40低LowⅠ40～80中等MediumⅡ80～160重HeavyⅢ160～320嚴重SeriousⅣ≥320低LowⅤRI<150低LowⅠ150～300中等MediumⅡ300～600重HeavyⅢ≥600嚴重SeriousⅣ

2.2 沉積物污染現狀分析

分析測定結果(表2)表明，2個區域14個站點重金屬濃度分別為：Cu，30.30～45.00 mg·kg-1；Pb， 10.20～30.60 mg·kg-1；Zn，105.00～149.50 mg·kg-1；Cr，81.80～128.75 mg·kg-1；Cd，0.032～0.100 mg·kg-1。依據《海洋沉積物質量評判標準》(GB 18668—2002)，除PY02、PY04、RA01、RA03、RA04、RA08外，其他站點的Cu含量均超第一類質量標準(≤35.0 mg·kg-1)，超標樣點占57%，但超過標準限量的值不多；Pb、Zn含量均在第一類質量標準范圍內(Pb≤60.0 mg·kg-1，Zn≤150.0 mg·kg-1)，但是PY01、PY03、PY05、RA07站點的含量接近第一類質量標準限量值；各站點Cr元素均超第一類質量標準(≤80 mg·kg-1)，Cd元素均未超第一類質量限量標準(≤0.50 mg·kg-1)。瑞安飛云江入海口表層沉積物中Zn的富集系數最高(平均1.64)，其次是Cr、Cu和Pb，平均值分別為1.55、1.17和0.86；平陽飛云江入海口表層沉積物中以Cr的富集系數最高(平均1.81)，其次是Zn、Cu和Pb，平均值分別為1.64、1.27和0.99。Cu、Zn、Cr在14個站點中的富集系數均大于1；Cd在14個站點中的富集系數均小于1。

表2飛云江入海口表層沉積物中重金屬的質量濃度及富集系數

Table2Contents and accumulation coefficients of heavy metal of surface sediment in coastal area of Feiyun River

采樣點LocationofsamplingCu質量濃度Content/(mg·kg-1)富集系數AccumulationcoefficientPb質量濃度Content/(mg·kg-1)富集系數AccumulationcoefficientZn質量濃度Content/(mg·kg-1)富集系數AccumulationcoefficientCr質量濃度Content/(mg·kg-1)富集系數AccumulationcoefficientCd質量濃度Content/(mg·kg-1)富集系數AccumulationcoefficientRA01303010122700911219015282001370056011RA02361012026701071341016893401560060012RA033390113306012212910161848014100320064RA043170106195007812380155740012300390078RA053580119220008813280166104701750068014RA06357011915800631330016688401470089018RA074430148240009614950187122502040067013RA08324010810200411247015692501540058012PY014500150194007814405180128752150099020PY023100103210008411960150818013600360072PY033930131287011514260178118101970100020PY04346011523600941050013198001630082016PY054040135261010414030175118201970084017PY063840128293011713540169107201790069014

以現代工業化前沉積物中重金屬最高背景值為參照，計算飛云江入海口表層沉積物中幾種重金屬的污染指數(表3)。瑞安和平陽區域Cu、Zn和Cr的平均污染指數均大于1，屬于中等污染程度，Pb和Cd的平均污染指數均小于1，屬于低污染程度，但Pb在PY03(1.15)、PY05(1.04)、PY06(1.17)、RA02(1.07)和RA03(1.22)站點的平均污染指數均大于1，其他站點中除RA06(0.63)和RA08(0.41)遠小于1外，也都接近1，總體來說都在1附近，處于低污染程度和中等污染程度的臨界區。綜合各重金屬元素，瑞安和平陽的平均綜合污染指數分別為5.34、5.87，屬于低污染程度。

2.3 潛在生態危害評價

飛云江入海口2個區域各重金屬潛在風險參數及綜合風險參數測算結果如圖2所示。2個區域14個站點各重金屬元素的潛在風險參數分別為：Cu，5.05～7.50；Pb，2.04～6.12；Zn，1.30～1.87；Cr，2.47～4.29；Cd，1.92～6.00。入海口各個站點的潛在生態風險指數從高到低為PY03(24.01)>PY05(22.69)>RA07(22.16)>PY01(22.08)>PY06(21.67)>PY04(19.99)>RA02(19.75)>RA05(19.60)>RA06(19.06)>RA03(18.13)>RA01(17.21)>PY02(15.75)>RA08(15.56)>RA04(15.54)。可以看出，研究區域所有重金屬元素的潛在風險值均小于40，并且各個站位點的綜合潛在風險參數值也均小于150，說明飛云江入海口2個區域的重金屬生態危害均屬于低潛在生態危害。各重金屬元素生態危害程度從高到低依次為Cu>Pb>Cd>Cr>Zn。平陽的生態風險指數(21.03)大于瑞安(18.37)。

表3飛云江入海口表層沉積物中各重金屬污染指數及綜合污染指數

Table3Contamination index of heavy metals in surface sediment in coastal area of Feiyun River

區域RegionCifCuPbZnCrCdCd瑞安Ruian117086164155012534平陽Pingyang127099164181016587

結合2個地區的分析結果發現，如果在飛云江口以江口兩岸作一條橋梁式的直線，并在該線段上作一條中垂線并延長出去，2塊區域的站位點分布在中垂線兩側。對照潛在生態風險指數，發現線段下方的指數值要大于上方指數值，也就是平陽區域的污染程度要大于瑞安。究其原因，從站位示意圖看，平陽區域站點位于飛云江入海口和鰲江入海口之間，有可能受到2個支流的影響；并且本次采樣的時間是8月份，屬于夏季，受臺灣暖流牽制，呈現沿岸流，流速在10～25 cm·s-1，這就加劇了鰲江口的污染向平陽區域站位的擴散。

圖2 飛云江入海口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Fig.2 Potential ecological risk of heavy metals in surface sediment in coastal area of Feiyun River

3 討論

本研究分析了飛云江入海口瑞安和平陽區域各重金屬在沉積物中的分布情況。研究結果表明，各站點中僅Cu和Cr含量超過國家海洋沉積物一類質量標準，超標率分別為64%和100%。劉蒼字等[3]在飛云江口檢測到的Cu含量為49.1 mg·kg-1，超過一類質量標準限量；宋偉華等[1]報道2011年秋季飛云江口表層沉積物中Cu的超標率為50%，這與本研究結果較一致。飛云江河口的瑞安港是流域內最大港口，也是浙江省東南沿海主要的中小型港口，而瑞安市為飛云江流域內重要的工業中心及中下游工農業產品集散中心。飛云江中下游的船廠、海港、碼頭，以及該區域長期停靠、往來的船舶都可能是造成Cu超標的原因。另外，由于船體上涂覆的用于船體防護的防污漆其主要成分為Cu2O，也可能是Cu污染的來源之一。因此，非常有必要加強飛云江Cu污染溯源，開發船體防護環保型替代產品，增強Cu致癌性和急性毒性相關領域的研究，同時，環保部門應出臺規范Cu防污漆使用的相關條例。

本研究中另一超標元素是Cr。邱敏嫻等[9]對泉州灣洛陽江河口潮灘表層沉積物中重金屬賦存形態進行分析時發現，沉積物中有50.9%的Cr是存在其晶格中的，這種形式的Cr大多不存在毒性效應，而傳統的測定沉積物中總Cr的方法采用硝酸-氫氟酸-高氯酸消解，這樣能夠破壞沉積物的礦物晶格，使其中的Cr元素釋放出來，測定的總Cr含量中存在于晶格中無害的Cr元素也占了較大比例；因此，對于Cr元素而言，僅僅測定總量并不能科學地評價某一地區的Cr污染情況及其危害。在今后的研究中，應從沉積物中Cr的賦存形態角度出發，科學評定沉積物中Cr的污染及危害。

按照海域的不同使用功能和環境保護目標，國標中將海洋沉積物質量分為3類：第一類適用于海洋漁業水浴、海洋自然保護區、珍稀與瀕危生物自然保護區、海水養殖區、海水浴場、人類直接接觸沉積物的海上運動或娛樂區、與人類食用直接相關的工業用水區；第二類適用于一般工業用水區、濱海風景旅游區；第三類適用于海洋港口水域、特殊用途的海洋開發作業區。如果從Cu、Cr含量來看，飛云江入海口海域只適用于工業用水區和濱海風景旅游區。

本研究發現，平陽和瑞安Cu、Zn和Cr含量均高于全球工業化前沉積物中相應的背景值[6]，說明2個地區的沉積物中已經存在部分重金屬污染。從重金屬污染指數來看，Cu、Cr、Zn的平均污染指數均大于1，屬于中等污染程度。因此，對飛云江入海口的海域生態環境健康問題應給予足夠重視，尤其是對沉積物中的Cu、Zn和Cr污染，要查找源頭，進行源頭控制。

飛云江入海口表層沉積物中Cu和Cr超一類標準的問題比較嚴重，這可能與飛云江和鰲江地理位置和水動力條件有關。浙江近海是我國的強潮海區之一，其潮差普遍較大，平均潮差大于4 m，潮水沿河上溯，擴大了咸淡水交換的范圍，在徑流大的海灣，由于水交換作用增強，帶走了大量細顆粒泥沙及沿岸排放的污染物，然而在徑流量較小的港灣，潮水所攜帶的海域的細顆粒泥沙在其河口或港灣深處沉積，污染物質也不容易被帶出。飛云江年平均徑流量23.8億m3，鰲江年平均徑流量5.4億m3，在浙江省六大入海河流位列末位，這不利于其污染物的釋放。

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EcologicalriskevaluationofheavymetalsinsurfacesedimentincoastalareaofFeiyunRiver

CHEN Xingxing， HUANG Zhenhua， PAN Qicun*， LU Rongmao，ZENG Guoquan， KE Aiying， HUANG Zhixing， YE Shen

(ZhejiangMaricultureResearchInstitute，ZhejiangKeyLaboratoryofExploitationandPreservationofCoastalBio-resource，Wenzhou325005，China)

In order to explore the status of water environmental quality at Feiyun River estuary， surface sediments of 14 sites were collected in Ruian and Pingyang region in August 2016. The contents of heavy metals in surface sediment were analyzed with no flame and flame atomic absorption spectrophotometry， and the ecological risk of heavy metals were assessed by Hakanson potential ecological risk index. It was shown that the situations of heavy metals pollution in the 2 sample areas were similar. The average contamination index of Cu， Zn and Cr was greater than 1， and reached the medium pollution level. The average comprehensive contamination index of Ruian and Pingyang was 5.34 and 5.87， respectively， which were located in the low pollution level. The ecological risk index of Pingyang (21.03) was greater than that of Ruian(18.37)， indicating low ecological risk level. As influenced by the river and tributaries of the Aojiang Feiyun flow， the pollution of Pingyang region was more severe than that of Ruian.

coastal area of Feiyun; heavy metals; surface sediment; ecological risk

X502

A

1004-1524(2017)10-1706-06

（責任編輯高 峻)