北戴河及相邻海域沉积物重金属潜在生态危害评价

李欣阳，张永丰，范子初，张 勇

(1．秦皇岛海洋环境监测中心站，河北秦皇岛066002;2．河北省海洋环境监测中心，河北秦皇岛066002)

北戴河位于河北省东北部，隶属秦皇岛市，东北与秦皇岛市海港区毗邻，西部、西北部与抚宁县接壤，南邻渤海。北戴河碧海蓝天、沙滩连绵，山岛竦峙，历史悠久，政治文化内涵丰富，建国以后成为“共和国的夏都”，以气候宜人，沙软潮平，自然环境优美而驰名中外，是我国开发最早的滨海度假区，是河北乃至中国的名片。然而，随着区域经济的快速发展，北戴河海域环境承受的压力也愈来愈大，由人类社会、经济活动引发的生态环境恶化问题也日益凸显出来。大量的城市生活污水和工业污染物排入水体，排入海中的重金属被赋存于近海沉积体系中，其危害比常规污染物更为严重，当水体环境条件发生变化时，沉积物中的重金属向上覆水体重新释放，造成对水体的二次污染。目前，对渤海沉积物重金属风险评价有一些成果［1～2］，但针对北戴河及其相邻周边海域长时间、大范围的沉积物重金属污染的调查评估几乎没有，本文通过2011年和2012年对北戴及其相邻近岸海域不同区域沉积物中重金属的含量分布进行分析研究，并根据瑞典学者H kanson［3］提出的生态危害指数法对沉积环境中重金属的潜在危害程度进行评价。本研究的目的是进一步了解海域的重金属污染情况，为北戴河滨海旅游及养殖环境质量评价与生态环境保护提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与分析方法

调查海域北起山海关冀辽海域界线南至滦河口，总面积约1300km2，共布设46个站位，具体站位分布见图1。其中秦皇岛市山海关区近岸海域6个站位 (41～46)、海港区近岸海域8个站位(34～40)、北戴河近岸海域8个站位 (25～33)、抚宁县近岸海域8个站位 (17～24)、昌黎县近岸海域16个站位 (1～16)。分别于2011年和2012年春季 (5月)、夏季 (8月)和秋季 (10月～11月)在各站位采集沉积物样品。样品采集按照《海洋监测规范》第3部分:样品采集、贮存和运输的方法进行。沉积物分析样品的制备、消化按《海洋监测规范》第5部分:沉积物分析的方法进行［4］，并同时消化沉积物标准样品 (GBW07314)和消化空白。样品Cu、Pb、Cd用无火焰原子吸收分光光度法测定，Zn用火焰原子吸收分光光度法测定，分析仪器为原子吸收分光光度计 (岛津AA6800)。

1.2 生态环境质量评价方法

1.2.1 单因子污染指数法

沉积物评价可采用单因子污染指数法进行评价，污染程度随实测浓度增大而加重。公式为:

式中:Pi—某污染因子的污染指数，即单因子污染指数;Ci—某污染因子的实测浓度;Cio—某污染因子的评价标准。

凡是单因子指数≤1者，为该监测站位没有遭受该要素的污染，＞1者为遭受污染，该值越大污染越重。

1.2.2 沉积物重金属的潜在生态危害评价方法［3］

单个重金属的污染程度可用第i种重金属的污染系数来表征，其公式为:

Ci—某种重金属的实测浓度;

m种重金属总污染系数:2m为中度污染;2m≤Cd＜4m为重度污染;Cd＞4m为高度污染。

参照H kanson提出的生态危害指数法对沉积环境的生态危害程度进行评价。生态危害系数和生态危害指数式分别为:

其判定标准为:Cd＜m为低度污染;m≤Cd＜

表1 、RI与污染程度的关系

表1 、RI与污染程度的关系

指数类型 所处范围 污染程度 指数类型 所处范围 污染程度Ei r＜40轻微的生态危害150≤RI＜300 中等的生态危害300≤RI＜600 强的生态危害RI≥600轻微的生态危害40≤Eir＜80 中等的生态危害80≤Eir＜160 强的生态危害160≤Ei r＜320 很强的生态危害Ei r≥320 RI＜150潜在生态危害系数潜在生态危害指数很强的生态危害极强的生态危害

2 调查结果

北戴河及相邻近岸海域沉积物重金属的含量分布见表2。总体上，整个近岸海域沉积物中重金属的含量有从抚宁近岸向两侧逐渐升高的趋势。其中，山海关近岸海域和海港区近岸海域站位的沉积物各项重金属含量明显高于其他区域;北戴河近岸海域各站位沉积物各项重金属含量又略高于抚宁县和昌黎县近岸海域。除了2011年Cd含量海港区近岸最高之外，Cu、Pb、Cd、Zn的年平均含量分布均是山海关近岸＞海港区近岸＞北戴河近岸＞昌黎近岸＞抚宁近岸。这种沉积物中重金属分布情况可能与海港区和山海关工业较多，人口较多，工业废水和生活污水大量排海之后重金属元素常年沉积有关。从调查结果可看出，不同季节各站位重金属含量也略有差异，但差别不大，且没有统一的季节变化规律。

表2 北戴河及相邻近岸海域各区域沉积物重金属含量分布结果 (10－6)

3 结果评价

3.1 单因子污染指数法

根据秦皇岛海域海洋功能区划，本次调查沉积物统一采用《海洋沉积物质量》［5］中的第一类标准进行评价。各区域单因子污染指数见表3。

表3 北戴河及相邻近岸海域各区域沉积物重金属单因子污染指数

由表3可见，各站位各项重金属污染指数均＜1，满足海域功能的要求，所有监测的重金属要素含量均未超标，优于一类海洋沉积物质量国家标准的要求。海域沉积物质量状况良好。

3.2 沉积物重金属的潜在生态危害评价

根据调查结果，采用各站位沉积物重金属年均含量进行计算，Cu、Pb、Cd、Zn的参照值采用《渤海沉积物中重金属分布及环境背景值》的监测资料［6］，得到各区域重金属元素的单一生态危害指数和综合生态危害指数情况见表4。本次调查针对的重金属元素有铜、铅、镉、锌四种元素，C ＜4为低度污染;4≤C ＜8为中度污染;8≤C ＜16为重度污染;C ＞16为高度污染。由此可得，北戴河及相邻近岸海域不同区域各站位沉积物重金属污染情况如图2所示。抚宁近岸海域各站位全部属于低度污染;昌黎县近岸海域近两年分别有81.2%和93.8%的站位满足低度污染，其他站位为中度污染;北戴河近岸海域近两年分别有22.2%和55.6%站位是低度污染，其他为中度污染;山海关近岸海域则仅2011年有16.7%站位属于低度污染，其他均为中度污染;海港区近岸海域重金属污染相对最严重，两年监测中全部站位都是中度污染。综合生态危害指数评价结论与单一生态危害指数评价结论相符。海港区近岸海域重金属污染相对较严重，之后依次是山海关近岸海域、北戴河近岸海域、昌黎近岸海域和抚宁近岸海域。

表4 秦皇岛近岸海域沉积物重金属生态风险指数

根据调查结果，采用各站位沉积物重金属年均含量进行计算，Cu、Pb、Cd、Zn的参照值采用《渤海沉积物中重金属分布及环境背景值》的监测资料;金属毒性系数采用H kanson模型中的给定系数，根据金属的主要危害途径是水→沉积物→生物→人体，提出7种金属元素的毒性水平顺序为Hg＞Cd＞As＞Pb=Cu＞Cr＞Zn，对毒性系数做规范化处理之后，定值为Cd=30、Pb=Cu=5、Zn=1，得到各区域沉积物中重金属元素潜在的生态风险指数，如表5所示。

表5 北戴河及相邻近岸海域沉积物重金属潜在生态危害系数与潜在生态危害指数

由表4可知，除了海港区近岸、山海关近岸和北戴河近岸部分站位的镉的潜在生态危害系数＞40，属于中等生态危害以外，其他各元素各站位的潜在生态危害系数均＜40，属于轻微生态危害。总体上看，整个海域各站位沉积物重金属潜在生态危害指数均＜150，属于轻微生态危害。

4 结论

通过对北戴河及相邻近岸海域5个区域46个站位的表层沉积物重金属含量的调查评价，得出山海关近岸海域和海港区近岸海域站位的沉积物各项重金属含量明显高于其他区域，北戴河近岸海域各站位沉积物各项重金属含量又略高于抚宁县和昌黎县近岸海域。整个近岸海域沉积物中重金属的含量有从抚宁近岸向两侧逐渐升高的趋势。各站位各项重金属污染指数均＜1，满足海域功能的要求，所有监测的重金属要素含量均未超出一类海洋沉积物标准。根据多元生态危害的评价，有43.5%的站位为中度污染，其他为轻度污染，其中海港区近岸海域重金属污染相对较严重，之后依次是山海关近岸海域、北戴河近岸海域、昌黎近岸海域和抚宁近岸海域。沉积物重金属潜在生态危害的评价结果表明，整个海域各站位沉积物重金属潜在生态危害指数均＜150，属于轻微生态危害。

［1］陈江麟，刘文新，刘书臻，等．渤海表层沉积物重金属污染评价 ［J］．海洋科学，2004，28(12):16－21．

［2］张雷，秦延文，郑丙辉，等．环境科学学报 ［J］．2011，31(8):1676－1684．

［3］ H K ANSON L．An ecological risk index for aquatic pollution control，A sedimentological approach［J］．Water Res，1980，(14):975－1001．

［4］GB 17378－2007，海洋监测规范 ［S］．

［5］GB 18668－2002，海洋沉积物质量 ［S］．

［6］李淑媛，刘国贤，苗丰民．渤海沉积物中重金属分布及环境背景值 ［J］．中国环境科学，1994，14(3):370－376．