海洋沉積物重金屬元素相關性研究

冀應斌 陳雷

摘 要：而沉積物中重金屬元素的富集受到沉積物理化性質的影響，如沉積物的pH、粒度組分、黏土礦物成分等，具有不同理化性質的沉積物對不同的重金屬元素進行選擇性吸附。本文結合海南環島潮間帶海洋沉積物，利用相關性分析來研究沉積物中的重金屬元素在分布上與其理化性質之間的聯系，從而為海島重金屬污染環境預警與防治提供技術指導。

關鍵詞：重金屬元素;相關性研究;潮間帶

中圖分類號：P736.4+1 ? ? 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-5168（2021）30-0049-03

Abstract： The enrichment of heavy metal elements in sediments is affected by the physicochemical properties of sediments， such as pH ， particle size composition， clay mineral composition， etc. Sediments with different physicochemical properties selectively adsorbed different heavy metal elements. In this paper， the correlation analysis was used to study the relationship between the distribution of heavy metals in the sediments and their physical and chemical properties in the intertidal Marine sediments collected from Hainan Island. So as to provide technical guidance for the early warning and prevention of island heavy metal pollution environment.

Keywords：heavy metals;correlation study;intertidal zone

隨著沿海工業廢水和生活污水以及入海河流攜帶的污染物大量的排入，潮間帶成了重金屬的重要聚集場所，且具有水動力強烈、泥沙輸移和沖淤變化頻繁、Eh和pH等物理化學條件復雜多變、生物種類豐富多樣等特點[1]。本文結合海南環島潮間帶海洋沉積物特征，利用相關性分析來研究沉積物中的重金屬元素在分布上與其理化性質之間的聯系[2]，對海南島環島潮間帶As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn八種重金屬元素之間的相關性，以及其與pH、有機碳（OrgC）及TFe2O3的相關性進行了系統研究，為海島重金屬污染環境預警與防治提供技術指導。

1 表層與深層沉積物重金屬分布特征

據表層沉積物重金屬的含量分布分析，砷（As）的高值區主要集中在澄邁灣的馬村一帶，后水灣沿線一帶以及瓊海到文昌的沿岸一帶，東方市、三亞市、陵水縣、萬寧市的小海以及鋪前灣等地有個別點富集;鎘（Cd）的高值區主要集中后水灣的沿岸一帶，在鋪前灣、洋浦灣、清瀾港以及萬寧的小海有明顯的集中富集;在三亞、陵水等地有個別點富集;從?？诘窖笃殖霈F了一條帶狀的鉻（Cr）的高值區，在鋪前灣、清瀾港、萬寧的小海出現了明顯的富集;銅（Cu）的高值區主要分布在后水灣、鋪前灣、清瀾港、洋浦港以及萬寧的小海，而在澄邁灣沿岸卻只有零星的分布，在海口、三亞、陵水有個別點富集;汞（Hg）的高值區分布主要是以點富集為主，基本沒有出現成帶狀分布的Hg的高值區，主要集中在幾個主要的港灣內，如后水灣、鋪前灣、清瀾港、洋浦港、三亞以及萬寧的小海，在昌化、陵水以及澄邁灣沿岸有零星分布;鎳（Ni）的高值區分布比較集中，主要集中于洋浦港到澄邁灣的沿線一帶以及鋪前灣、清瀾港的沿岸潮間帶，在南渡江入?？?、昌化以及萬寧等地有個別點富集;與其他重金屬相比，鉛（Pb）的高值區分布明顯比較稀疏，感城到鶯歌海一段是成帶狀分布，其他的都是成點零星分布，主要在三亞、昌化、陵水、洋浦港、鋪前灣以及萬寧有個別點富集;鋅（Zn）的高值區主要集中在洋浦港、后水灣、鋪前灣、清瀾港、澄邁灣沿岸、三亞以及萬寧的小海，南渡江入海口、昌化等地有零星分布?？傮w上來看，重金屬的高值區主要集中于港口和海灣附近[3]。

據深層沉積物的重金屬分布特征分析，砷（As）的高值區呈零星分布，主要分布于澄邁灣、鋪前灣、洋浦港、后水灣、萬寧的小海以及瓊海;鎘（Cd）和砷（As）的高值區分布也是呈零星分布，主要分布于澄邁灣、鋪前灣、洋浦港、后水灣、萬寧的小海以及瓊海;鉻（Cr）的高值區分布主要位于北部和東北部，在南部、西部以及西南部的沿線一帶都未出現Cr的富集;銅（Cu）的高值區主要分布于洋浦港、澄邁灣、鋪前灣以及清瀾港，另外在昌化、三亞、陵水、萬寧、瓊海、?？谝约昂笏疄车鹊赜辛阈堑母患c;汞（Hg）的高值區主要分布于洋浦港到后水灣的沿岸一線，以及鋪前灣、清瀾港和瓊海的小海，同時在三亞、東方、萬寧等地有個別點富集;鎳（Ni）的高值區分布與Hg的高值區分布基本一致，但在澄邁灣Ni有大面積的富集;鉛（Pb）的高值區主要分布于洋浦港、澄邁灣、鋪前灣以及萬寧的小海，另外在瓊海、昌化等地有零星的富集;鋅（Zn）的高值區分布與Pb的分布基本一致?？傮w上來看，深層潮間帶的重金屬富集主要是以點富集為主，很少有成帶狀成片分布，主要分布于港口、海灣以及三大河流的入?？赱4]。

2 重金屬元素間相關性分析

2.1 表層重金屬元素間的相關性

通過表層重金屬元素的相關系數（見表1和圖1）綜合分析可以得出：Cr和Ni的相關系數達到了0.91，為高度線性相關，這可能與Cr、Ni的化學性質有關，二者同為鐵族元素，具有相似的地球化學特性;從表1中還可以看出Cu、Cr、Ni、Zn的相關性都為顯著線性相關，這說明四者具有相似的環境化學行為或具有相同的物質來源;另外，Pb與其他重金屬的相關性都不高，可能與Pb的遷移方式有關[5]，沉積物中Pb的主要來源是大氣沉降[6]。

2.2 深層重金屬元素間的相關性

通過深層重金屬元素的相關系數（見表2）綜合分析得出：Cr、Cu、Ni、Zn四者的相關系數基本上都達到了0.8以上，相關性非常高，同時還可以看出Hg與Cr、Cu、Ni、Zn這四者的相關系數也都在0.5～0.8之間，為顯著線性相關。

2.3 重金屬元素與pH、OrgC及TFe2O3的相關性分析

通過重金屬元素與pH、有機碳（OrgC）及TFe2O3的相關系數（見表3、表4）分析得出：重金屬與pH的相關性總體上不強，但是Cr、Cu、Hg、Zn與pH的相關性較好，不過都成負相關，這說明酸性條件下有利于這些元素的沉淀;在表層除了Pb與有機碳（OrgC）、TFe2O3的相關性不強外，其他元素都與有機碳（OrgC）、TFe2O3有很好的相關性，這主要是因為有機質中的腐殖質屬于高分子化合物，具有較高的表面活性，與重金屬有較強的絡合能力，容易產生吸附、絡合和沉淀;Fe2O3是黏土礦物的重要組成部分，而元素Cu、Zn等易于被細粒黏土礦物所吸附共存于沉積物中。

3 結論

①Cr、Cu、Ni、Zn四者具有高度的線性相關性，由于潮間帶深層的樣品采集深度為150～200 cm，因此從Cr、Cu、Ni、Zn四者在淺層和深層都具有高度相關性可以判斷出Cr、Cu、Ni、Zn四者應該具有相同的物質來源。

②Hg在潮間帶深層形成了大范圍的污染，而在表層基本未形成污染，從重金屬之間的相關性來看，Hg與Cr、Cu、Ni、Zn四者的相關性較高。從Hg的地球化學特征來看，Hg與Cu、Zn處于同一族，同時由于Hg的離子半徑與Cu、Zn二者比較接近，使得Hg有可能進入這些元素組成的礦物中，而Cr、Cu、Ni、Zn四者本身就具有相似的地球化學行為，因此Hg與Cr、Cu、Ni、Zn具有較高的相關性。

③重金屬元素與OrgC、TFe2O3的相關性普遍較高，因為有機質與重金屬有較強的絡合能力，容易產生吸附、絡合和沉淀;Fe2O3是黏土礦物的重要組成部分，而元素Cu、Zn等易于被細粒黏土礦物所吸附共存于沉積物中。

參考文獻：

[1]李淑媛，劉國賢，苗豐民.渤海沉積物中重金屬分布及環境背景值[J].中國環境科學.1994（5）：370-376.

[2] 張起源，劉谞承，趙建剛，等.廣東沿海沉積物重金屬含量及風險評價[J].中國環境科學.2018（12）：4653-4660.

[3] 王敏，王傳遠，李沅蔚，等.曹妃甸近岸海域石油烴污染物的來源與空間分布研究[J].海洋科學.2017（5）：110-116.

[4] 甘華陽，何海軍，張衛坤，等.三亞河沉積物中重金屬生態風險評價與污染歷史[J].生態環境學報.2015（11）：1878-1885.

[5]林麗華，魏虎進，黃華梅. 大亞灣表層沉積物和底棲生物中重金屬的污染特征與生物積累[J].生態科學.2017（6）：173-181.

[6]王貴，姚德.膠州灣東岸表層沉積物重金屬污染研究[J].內蒙古石油化工.2005（7）：1-3.