沉积物重金属污染评价标准比较研究

倪 刚，朱望远，王柳柱，桂 峰

（1.定海区农林与海洋渔业局，浙江舟山 316000；2.浙江海洋学院海洋科学与技术学院，浙江舟山 316022）

沉积物是海洋环境的重要组成部分，是海洋生物重要的栖息地和营养来源，同时也是各类污染物进入环境后重要的载体与源。与水相相比，沉积物具有更大的相对稳定性，依据沉积物样品中重金属浓度，评价重金属污染程度及其生态危害有更高的准确性和可靠性[1]。因此，沉积物是一种良好的环境污染指示剂，能够真实地反映一个地区的环境质量现状[2-3]。研究海洋沉积物中重金属的污染现状及其分布特征，确定主要的污染物及其来源，对于海洋污染源控制，海洋环境保护具有非常重要的意义。

已有研究中，广泛采用指数法评价海洋沉积物中重金属污染状态，但对评价标准缺乏统一的要求。通常使用的两种标准分别是：国家海洋沉积物质量标准和区域地球化学基准值。这两种评价标准到底孰优孰劣，对评价结果会造成何种影响，对指数法的应用至关重要。

笔者选取舟山港作为研究对象，在GIS支持下，结合反距离加权插值与内梅罗指数法，分别应用上述两种标准——沉积物一类标准和浙东地区滨海相土壤的地球化学基准值，对研究区表层沉积物重金属的污染现状进行对比分析，以明确这两种标准在实际应用中的原则，以期更加真实的反映研究区的重金属污染状况，为舟山港区海域环境的生态保护、污染源控制和信息化治理提供科学依据。

1 研究区域概况

舟山位于东海之滨，是中国东部重要的水陆通道连接点。1988年，舟山被国家列入沿海经济开放区，2011年升格为舟山群岛新区，海洋经济活跃，海域环境受陆源、海上源的双重影响，既有区域经济发展产生的点源污染，同时又接收长江、钱塘江、甬江等主要江河径流携带的污染物质。近年来，舟山海域环境处于持续退化状态，属于我国近岸海域环境质量形势最为严峻的海域之一，并对泥蚶、缢蛏等贝类海产品的质量产生影响。

研究海域隶属舟山-宁波港，具体范围包括定海港至朱家尖海域，如图1。研究海域内岛屿广布，形成曲折的港湾环境。水文环境主要受由长江、钱塘江等河流冲淡水形成的江浙沿岸流控制，近岸浅水区悬沙浓度高。港湾内广泛发育细粒沉积物，包括粉砂质泥和泥质粉砂沉积，物源主要为长江[4]。沉积物粒度分析显示，海域表层沉积物类型为粉砂和粘土质粉砂。

2 材料与方法

2.1 采样与分析

2012年12 月在舟山岛中南部海域（定海港至朱家尖岛）布设35个站位（图1）。采用抓斗式采样器采集表层样品 35 个，同步记录水深和水温。沉积物中重金属（Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr）测定方法参照《海洋监测规范》（GB17378-2007）[5]中《沉积物分析》规定的方法，在浙江省海洋水产研究所农业部重点渔场渔业资源科学观测实验站完成。

2.2 评价标准

评价标准值的选取没有统一规定。已有研究中应用的标准主要分为以下两种：区域土壤地球化学基准值或国家海洋沉积物质量标准。其中，地球化学基准值指的是未受人类污染影响的自然环境中化学元素和化合物的含量（特指深层土壤化学资料），国家沉积物质量标准（GB 18668-2002）分为一类、二类和三类标准。结合本地区的实际情况，本文分别参照国家海洋沉积物质量标准GB 18668-2002的一类标准和浙东地区滨海相土壤的地球化学基准值[10-11]作为评价标准来进行污染对比评价，见表1。

表1 重金属的背景值（mg/kg）Tab.1 The background value of heavy mental(mg/kg)

2.3 评价指数

（1）内梅罗综合污染指数

包含了各污染物单因子指数的平均值和最大值；用以反映沉积物重金属的综合污染程度。指数表达形式如下：

式中：P为综合污染指数；Pmax为各单因子指数的最大值；Pavr为各单因子指数的平均值。

（2）单因子污染指数

式中：Pi为单因子污染指数；Ci为污染物的实测浓度值；Si为污染物的标准值。

内梅罗指数和沉积物重金属的污染程度评价等级见表2[7]。已有研究[8-9]表明，该分级标准普遍适用于沉积物中重金属污染评价。

表2 重金属污染程度分级标准Tab.2 Criteria for degrees of the heavy metal pollution

2.4 空间分析

反距离加权插值，它以插值点与样本点间的距离为权重进行加权平均，离插值点越近的样本点赋予的权重越大。

将采样点污染评价数据加载到ArcGIS10.0中进行反距离加权插值形成栅格图层，根据表2中的污染评价等级对沉积物重金属的单项污染指数和内梅罗指数进行分级，并对比以国家沉积物质量标准中的一类标准和以浙东地区滨海相土壤的地球化学基准值作为背景值的污染评价结果的差异，以更明确的反映研究区表层沉积物中重金属污染的空间分布情况以及污染物的分布规律。

3 结果与讨论

3.1 以区域地球化学基准值为标准评价

单因子指数污染评价结果如图2～8。区域内Cu元素单项污染指数小于1的位置呈点状分布，主要位于岙山岛南部、鲁家峙南侧、朱家尖岛西侧以及小干岛和长峙岛附近（图2），其余部分均属于1-2.5区间。表明本区表层沉积物整体上Cu污染属于轻度，局部地区未受Cu污染。

Pb元素在鲁家峙西南侧和东蟹峙南侧的单项污染指数大于2.5（图3），达到中度污染水平，其余区域均属于无污染和轻度污染区。区域内Zn元素总体上属于轻度污染，局部地区，如岙山岛南侧、鲁家峙南侧、朱家尖岛西部和西北部暂未受到Zn污染（图4）。

Cd元素在绝大部分区域的单项污染指数小于1，表明研究区表层沉积物总体上未受到Cd污染。但在鲁家峙西部和南部海域以及小干岛南部的航道区有点状分布的轻度污染区（图5）。Hg的单项污染指数大于1的区域主要是岙山岛西南部、小干岛南部航道区以及朱家尖岛北部（图6），属于轻度污染区域，研究区其他区域均属于无污染区。As的轻度污染区域主要位于舟山岛东南部海域，其余基本上属于未受污染区（图7）。Cr元素的单项污染指数小于1，表明区域内未受到Cr的污染（图8）。

由内梅罗综合污染指数的评价结果图9可知，研究区总体上属于轻度污染；未受污染区在长峙岛和岙山岛附近零星分布；中度污染区在鲁家峙西侧海域呈点状分布，主要是由该区域的Pb污染较重而引起的。

图2 Cu污染评价Fig.2 Pollution evaluation of Cu

图3 Pb污染评价Fig.3 Pollution evaluation of Pb

图4 Zn污染评价Fig.4 Pollution evaluation of Zn

图5 Cd污染评价Fig.5 Pollution evaluation of Cd

图6 Hg污染评价Fig.6 Pollution evaluation of Hg

图7 As污染评价Fig.7 Pollution evaluation of As

图8 Cr污染评价Fig.8 Pollution evaluation of Cr

图9 综合污染评价Fig.9 Integrated pollution evaluation

3.2 以国家标准为标准评价

由单因子指数污染评价结果（图10～16）可知区域内Zn、Cd、Hg、As、Cr的单项污染指数均小于1，表明研究区未受到这5种重金属的污染。Cu元素单项污染指数除小干岛南部航道区、东蟹峙西侧以及定海港附近的零星分布的区域大于1，达到轻度污染外，其余区域均小于1，属于无污染区域（图10），表明本区表层沉积物整体上Cu污染属于无污染，局部地区受Cu污染。Pb元素在鲁家峙西南侧和东蟹峙南侧的单项污染指数大于1，达到轻度污染水平，其余区域均属于无污染区（图11）。

由内梅罗综合污染指数的评价结果（图17）可知，研究区总体上属于无污染区，在鲁家峙西南侧和东蟹峙西南部海域零星分布有内梅罗综合污染指数大于1的达到轻度污染水平的区域，鲁家峙附近主要是由该区域Pb污染引起的，东蟹峙附近是由该区域Cu和Pb的污染引起的。

图10 Cu污染评价Fig.10 Pollution evaluation of Cu

图11 Pb污染评价Fig.11 Pollution evaluation of Pb

图12 Zn污染评价Fig.12 Pollution evaluation of Zn

图13 Cd污染评价Fig.13 Pollution evaluation of Cd

图14 Hg污染评价Fig.14 Pollution evaluation of Hg

图15 As污染评价Fig.15 Pollution evaluation of As

图16 Cr污染评价Fig.16 Pollution evaluation of Cr

图17 综合污染评价Fig.17 Integrated pollution evaluation

3.3 评价结果对比分析

由评价结果插值后的栅格图像可以看出，第一种分析形成的沉积物重金属污染指数明显高于第二种。Cu在第一种评价结果中大部分区域属于轻度污染区，而在第二种评价结果中大部分区域为无污染区；Pb在第一种评价结果中零星分布有中度污染区，在第二种评价中属于轻度污染区；Zn、Cd、Hg、As、Cr五种元素在第二种标准的评价结果中都属于无污染，在第一种标准的评价结果中只有Cr元素属于无污染，其他4种重金属都存在有轻度污染区。两种评价结果都较好的反映了研究区沉积物中的重金属污染水平，在污染程度较重的区域分布上基本一致。

对比两种评价标准发现，除Cr元素外，浙东地区滨海相土壤的地球化学基准值均比国家海洋沉积物质量标准一类标准低，因而导致评价结果的污染等级高，在空间上更加具体的反映出各重金属污染水平的分布位置，便于污染溯源。

此外，国家标准值的适用范围更广，特别是受客观条件限制缺乏自然背景值的区域；同时，统一用国家标准值进行评价便于区域之间重金属污染水平的对比研究。4结语

沉积物是良好的环境分析对象。本研究利用内梅罗指数法和反距离加权插值法，依据地球化学基准值和沉积物国家标准，对舟山港区表层沉积物的重金属污染特征进行对比研究。

研究区域表层沉积物重金属的污染水平总体上处于较低水平，仅在局部地区个别重金属元素的污染较严重，主要分布在码头和船厂附近海域，如：东蟹峙西南部、小干岛南部航道区和定海港附近的Cu污染，鲁家峙岛西南部和东蟹峙西南部的Pb污染。这些区域应当作为环境管理的重点区域。

应用两种评价标准所揭示的污染水平基本一致，舟山港表层沉积物重金属的污染水平仍处于较低水平。区域地球化学基准值一般较低，因而依据区域地球化学基准值的评价结果更为严格，有利于沉积环境保护，并且，污染空间分异更大，能够更加精确的分辨可能的污染源位置。而国家标准值具有更好的获取优势，特别是缺乏基准值的区域。此外，应用国家标准便于开展区域之间的比较研究。

[1]张丽洁,王 贵,姚 德,等.近海沉积物重金属研究及环境意义[J].海洋地质动态,2003,19(3):6-9.

[2]SANTOS I R,SILVA E V,SCHAEFER C E G R,et al.Heavy metal contamination in coastal sediments and soils near the Brazililian Antarctic Station,King George Island[J].Marine Pollution Bulletin,2005,50:185-194.

[3]王伟力,耿安朝,刘花台,等.九龙江口表层沉积物重金属分布及潜在生态风险评价[J].海洋科学进展,2009,27(4):502-508.

[4]蒋国俊,陈吉余,王宗涛.舟山群岛峡道底部高程及其冲刷对浙闽沿海泥沙供给的影响[J].海洋地质与第四纪地质,1997,17(2):29-38.

[5]GB17378-2007海洋监测规范[S].

[6]陆书玉.环境影响评价[M].北京:高等教育出版社,2002:163-164.

[7]丁喜桂,叶思源,高宗军.近海沉积物重金属污染评价方法[J].海洋地质动态,2005(8):31-36.

[8]徐 颖.苏南地区航道底泥重金属污染评价和处置对策[J].环境保护科学,2001,27(5):33-34;37.

[9]王 晓,韩宝平,丁 毅,等.京杭大运河徐州段底泥重金属污染评价[J].能源环境保护,2004,18(3):47-49.

[10]GB18668-2002海洋沉积物质量标准[S].

[11]汪庆华,董岩翔,郑 文,等.浙江土壤地球化学基准值与环境背景值[J].地质通报,2007(5):590-597.