福建安海湾五种重金属和砷在不同介质中的分布特征研究

陈艳梅，黄智伟，陈　凯，吴　昊，张　钒

(福建海洋研究所，福建 厦门 361013)



福建安海湾五种重金属和砷在不同介质中的分布特征研究

陈艳梅，黄智伟，陈凯，吴昊，张钒

(福建海洋研究所，福建 厦门 361013)

据2014年5月和8月福建安海湾9个站位的调查资料，分析海水、水中悬浮物和表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5种重金属和类金属As的含量及分布特征，用单因子指数法、潜在生态危害评价法评价湾内重金属污染程度。结果表明，海水分布从湾顶往湾内和湾口逐渐降低，以湾顶值最高；水中悬浮物Cu、Pb、Zn、As、Hg含量以AH5站最高，Cd含量以AH6站最高，并向周边逐渐降低；表层沉积物含量从AH5站向湾内及湾口逐渐降低。部分站位海水和沉积物中Cu、Zn含量相对偏高，Pb、Cd、As、Hg含量均符合海水及沉积物质量标准的第一类要求。安海湾海域不同介质中悬浮物的含量最高，表层沉积物次之，海水的含量最低。水中悬浮物8月含量潜在生态危害程度远大于5月，以AH5站的潜在生态危害程度最强，主要潜在生态危害元素为Cd和Hg；表层沉积物以AH1、AH5站的潜在生态危害程度稍强，主要潜在生态危害元素为Cd，Hg次之。安海湾海域环境受到不同程度的重金属污染，陆源重金属污染物排放成为主要来源，本研究为安海湾海域生态环境防治提供科学依据。

海水；水中悬浮物；表层沉积物；生态危害；重金属；安海湾

安海湾位于福建东南部的围头湾内，东起晋江东石镇，西与南安石井镇、水头镇相邻，海湾面积约13.13 km2。其中滩涂面积9.79 km2，水域面积仅3.34 km2，大部分水深在5 m以内，湾口宽度仅0.8 km，湾东西长1.9 km、南北长9 km，是南北向延伸的狭长半封闭型小海湾[1]。近年来水头、安海、东石等乡镇陶瓷、五金、机械、鞋业、石材、化工等行业迅速发展，尤其是安海、东石的印染、漂染、电镀业的发展，使排入安海湾的污水量增加，携带大量重金属进入该海域，水体中的重金属较快被沉降，悬浮颗粒从水体去除而最终进入沉积物，污染了该海域的海洋环境。

重金属元素多为非降解型有毒物质，在海洋环境中一般表现为流动性大、扩散范围广、危害时间长等特点，已成为海洋环境污染评价内容之一。目前，关于安海湾重金属污染的研究较多，但大多集中在对沉积物污染方面的研究，而对水中悬浮物中重金属污染的研究则少见报道[2]。本文根据2014年5月和8月该海域调查资料，初步分析Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5种重金属元素和类金属元素As在海水、水中悬浮物和表层沉积物等不同介质中的含量分布特征，对海水和表层沉积物中的6种元素含量进行单因子指数评价，同时采用瑞典科学家Hakanson的潜在生态危害指数法[3]对水中悬浮物和表层沉积物中6种元素含量的潜在生态危害程度进行评价；着重从水中悬浮物的角度对安海湾重金属污染进行研究、分析了该海域重金属环境质量状况、预测其污染发展变化趋势，本研究结果对于制定相应的环境污染防治方案和环保对策，合理开发利用海上资源，为海洋与渔业管理部门决策和管理提供科学依据。

1　材料与方法

1.1样品采集与分析

2014年5月和8月在安海湾海域由内向外依序布设9个站位采集海水样品，8月份采集9个站位的沉积物样品，采样站位见图1。

用2.5 dm3有机玻璃采水器采集表层海水。用不锈钢抓斗式采泥器采集沉积物，样品用塑料勺取中间部分表层泥样于聚乙烯袋中。所有样品的采集、贮存、运输、预处理按照《海洋监测规范》[4]和《海洋调查规范》[5]中的相关规定进行。

海水样经0.45 μm滤膜过滤后加酸备用。收集过滤的滤膜截留物作为水中悬浮颗粒物样(以下简称悬浮物)保存备用；表层沉积物样品风干后用玛瑙研钵体将其磨碎并全部过180目筛，充分混匀后取样备用，悬浮物样品和表层沉积物样品均加酸消解待测。Cu、Pb、Zn、Cd含量采用电感耦合等离子体质谱仪(Agilent7500cx 型ICP-MS)测定，Hg、As含量采用原子荧光光谱仪(AFS-9130型)测定。

1.2单因子污染指数评价法

1.3潜在生态危害指数评价法

瑞典科学家Hakanson于1980年提出的重金属污染及生态危害的评价方法，即潜在生态危害指数法(PERI)[3]，该方法不仅考虑到用单因子法得出的金属污染系数，而且引入重金属的毒性响应系数，二者综合后评价重金属对生态环境的危害，简便、快速且较为准确。此外该方法还顾及背景值的地域分异性，它不仅反映某一特定环境下沉积物中各种污染物对环境的影响，而且还反映了环境中多种污染物的综合效应，且用定量方法划分出了潜在生态风险程度。

本研究的悬浮物和表层沉积物中的重金属含量评价即采用该法进行评价。潜在生态危害指数涉及单项污染系数、重金属毒性响应系数以及潜在生态危害单项系数，其公式为：

式中：

表的分级标准

2　结果与分析

2.1含量及平面分布

2014年5月和8月安海湾海水中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5种重金属和类金属As的含量结果见表2，其分布规律基本相同，从湾顶到湾内及湾口逐渐降低，以AH1站的含量为最高值，见图2、3。

表2　 安海湾海水重金属及类金属的含量分析结果

表3　悬浮物中重金属及类金属含量分析结果

2014年5月和8月安海湾悬浮物Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5种重金属和类金属As的含量结果见表3，8月安海湾悬浮物中6种元素的含量都高于5月。Cu、Pb、Zn、As、Hg等5种元素含量分布规律相似，以AH5站含量值最高，向其周边站位逐渐降低，而Cd含量以AH6站为最高，向其周边站位逐渐降低，见图4、5。

2014年8月安海湾表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5种重金属和类金属As的含量结果见表4，其高值出现在AH1、AH5站，分布趋势是从高值点AH1、AH5站向湾内及湾口逐渐降低，最低值出现在AH3站，这可能是与该站较靠近沙砾有关。安海湾受人为陆源污染严重，是表层沉积物重金属及类金属的主要污染源，AH1站为最近湾顶陆源排污口的站点，AH5站较靠近东石陆源排污口，见图6。

2.2单因子指数评价

依据《海水水质标准》[6]，2014年5月和8月安海湾海水Pb、Cd、As、Hg含量均符合海水水质标准第一类要求。Cu、Zn含量大多符合海水水质标准第一类要求，除了5月AH1站、AH4站的含量超出海水水质标准第一类要求。

依据《海洋沉积物质量标准》[7]，2014年8月安海湾表层沉积物Pb、Cd、As、Hg含量均符合沉积物质量标准的第一类要求。Zn含量除AH1和AH5站仅符合沉积物质量标准的第二类要求外，其余各站含量均符合沉积物质量标准第一类要求。Cu含量除了AH1站外均符合第三类沉积物质量标准，AH4～AH7站符合第二类沉积物质量标准，其余各站含量均符合第一类沉积物质量标准。由此可见，安海湾AH1站靠近湾顶排污口，AH5站靠近东石排污口，并受陆源输入影响，重金属污染较严重，而其余各站沉积物环境尚好。

表4　2014年8月沉积物中重金属及类金属含量分析结果

μg/g

2.3潜在生态危害评价

2.3.1悬浮物的潜在生态危害评价

2014年5月和8月悬浮物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5种重金属和类金属As的含量按照Hakanson的潜在生态危害指数法进行评价[3](表5、6)。据表1分级标准判定，2014年5月和8月安海湾悬浮物中Cu、Pb、Zn、As等单项潜在生态危害评价均为轻微生态危害。Cd单项潜在生态危害以AH6号站为最强，单项危害指数8月高于5月。Hg单项潜在生态危害以AH5站为极强，单项危害指数8月也较高于5月。

潜在生态危害指数RI，5月安海湾海域悬浮物Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5种重金属和类金属As的潜在生态危害程度为中等生态危害，8月6种元素的潜在生态危害程度为强生态危害，高于5月。AH5站的悬浮物中6种元素含量为很强生态危害程度，其余各站生态危害指数值略低。可见，安海湾悬浮物中的重金属赋存量大，湾内悬浮物的重金属污染严重，特别以AH5站点为最高，主要潜在生态危害元素为Cd和Hg。

表52014年5月安海湾悬浮物中重金属及类金属污染潜在风险评价

Tab.5Potential ecological risk assessment of heavy metals and metalloid in suspended particulate matters of Anhai

Bay in May，2014

表6　2014年8月安海湾悬浮物中重金属及类金属污染潜在风险评价

2.3.2表层沉积物的潜在生态危害评价

依据表1分级标准判定，安海湾表层沉积物中Cu、Pb、Zn、As、Hg单项潜在生态危害均为轻微生态危害。Cd单项潜在生态危害以AH1站和AH5站为高值，属于中等生态危害，其余各站均为轻微生态危害(表7)。单项污染物的潜在生态危害系数Cd>Hg>As>Cu>Pb>Zn。

潜在生态危害指数RI，安海湾表层沉积物AH1站属于强生态危害，AH5站为中等生态危害，余下各站均为轻微生态危害，主要潜在生态危害元素为Cd，Hg次之(表7)。

表7　2014年8月安海湾表层沉积物中重金属污染潜在生态危害评价

3　讨论

3.1不同介质中含量比较

重金属在沉积物、悬浮物、水体三种介质中不断进行着交换吸附作用，维持动态平衡，悬浮物中重金属含量一般为最高，比沉积物高几倍，是水体溶解态重金属的几百倍[10]，了解悬浮物中重金属的环境行为能更好地认识海域环境中重金属的环境效应。

从安海湾海水、水中悬浮物和表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5种重金属和类金属As的含量来看，悬浮物的含量最高，沉积物次之，海水的含量最低。悬浮物比沉积物颗粒更加细小，吸附重金属能力较强，海水中的重金属元素首先被悬浮物吸附，然后才被不易流动并且处于底部的沉积物吸附。悬浮物中Pb、Cd、As、Hg含量总体上高于沉积物，这是因为Pb、Cd、As、Hg受颗粒物吸附作用显著，被吸附在悬浮颗粒物中；而Cu、Zn含量小于沉积物的含量，是因为Cu、Zn受颗粒物吸附作用影响较小，受沉降作用在表层沉积物中不断积累的缘故。安海湾中悬浮物重金属浓度大且水流条件利于沉降，导致重金属由海水向沉积物的迁移作用显著，由此造成对沉积物的污染加大。

3.2不同介子重金属含量及危害性讨论

从安海湾的重金属含量分布来看，安海湾AH1站靠近湾顶陆源排污口，AH5站靠近东石陆源排污口，海水、水中悬浮物和表层沉积物Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5种重金属和类金属As的含量以这两个区域形成高值区，重金属含量从陆源排污口向湾内及湾口逐渐降低。

从单因子指数评价结果来看，安海湾海水Cu(8月)、Zn(8月)、Pb、Cd、As、Hg含量均符合海水水质标准的第一类要求，5月有22.2%站位的Cu、Zn超出海水水质标准第一类要求，即靠近陆源排污口的站位；表层沉积物Pb、Cd、As、Hg含量均符合沉积物质量标准第一类要求，Cu、Zn符合沉积物质量标准第一类要求的站位分别为44.4%和77.8%，受湾顶和东石陆源排污口陆源输入的影响，沉积物污染较显著。

从安海湾海水、水中悬浮物和表层沉积物三种不同介质中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等5种重金属和类金属As的含量来看，水中悬浮物的含量最高，表层沉积物次之，海水的含量最低。

4　结论

近年来近海工业活动和陆源污染物排放是安海湾重金属污染的主要来源，严格控制入海重金属污染的排放，对保障安海湾海域的生态环境至关重要。只有提高城镇排污处理能力，完善安海湾排污处理体系建设，才能对海域环境起优化作用。对安海湾的海域环境治理可以通过控制陆源排污口排放污染，如加强污水、废水排放的严格控管，减少外源性污染物的排放等措施来实现。

[1]中国海湾志编纂委员会.中国海湾志第八分册(福建省南部海湾)[M].北京：海洋出版社，1993：93-119.

[2]胡恭任，于瑞莲.泉州安海湾海域沉积物污染及防治措施初探[J].福建师范大学学报：自然科学版，2005，21(3)：43-47.

[3]Lars H K．An ecological risk index for aquatic pollution control：a sedimen to logical approach[J].Water Research，1980，14：975-1001．

[4]国家质量监督检验检疫总局．GB 17378-2007海洋监测规范[S]．北京：中国标准出版社，2007．

[5]国家质量监督检验检疫总局．GB/T 12763-2007海洋调查规范[S]．北京：中国标准出版社，2007．

[6]国家环境保护总局，国家技术监督局．GB 3097-1997海水水质标准[S]．北京：中国环境科学出版社，1998．

[7]国家质量监督检验检疫总局．GB 18668-2002 海洋沉积物质量标准[S]．北京：中国标准出版社，2002．

[8]刘用清．福建省海岸带土壤环境背景值研究及其应用[J]．海洋环境科学，1995，14(2)：68-73．

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Study on distribution characteristics of 5 heavy metals and As concentration in different medium of Anhai Bay

CHEN Yanmei，HUANG Zhiwei，CHEN Kai，WU Hao，ZHANG Fan

(Fujian Institute of Oceanography，Xiamen 361013，China)

According to the data of 9 stations of Anhai Bay in Fujian in May and August of 2014，we analysed the content and distribution on 5 heavy metals(Cu，Pb，Zn，Cd，Hg )and metalloid As in seawater，suspended particulate matter of water and surface sediment，evaluated the heavy metals pollution degree by single factor index method and potential ecological risk index.Results showed that the seawater distribution gradually reduced from the top of the bay to inner bay and bay mouth with the highest value in site AH1.Suspended particulate matter in water of Cu，Pb，Zn，As，Hg content showed the highest value in site AH5，Cd content in site AH6 was the highest，and decreased gradually to the surrounding sites.The content of surface sediment gradually reduced from site AH5 to inner bay and bay mouth.The content of Cu、Zn in part sites of seawater and sediment were relatively high，Pb、Cd、As、Hg content were all in line with the requirements of the first class of sea water quality standard and sediments quality standards.The content in suspended particulate matter was the highest.In different mediums of Anhai Bay，the content in surface sediment was the second and the last one was in seawater.It was found that the potential ecological hazard risk degree in August of suspended matter analysis was far greater than that in May，potential ecological risk degree in site AH5 of Anhai Bay was the strongest，and the main potential ecological risk elements were Cd and Hg.According to potential ecological hazard analysis of the surface sediments，the potential ecological risk of AH1 and AH5 stations were more stronger in the bay and the main potential ecological risk elements were Cd and Hg.The waters environment of Anhai Bay has suffered heavy mental pollution in different degree，which indicated that the pollution of heavy metals was probably caused by land source pollution in Anhai Bay.This study for the gulf waters provides a scientific basis for prevention and control of ecological environment.

seawater；suspended particulate matter of water；surface sediment；potential ecological risk；heavy metals；Anhai Bay

2016-05-12

福建省社会发展重点资助项目(2013Y0009).

陈艳梅(1980-)，女，本科，助理研究员，研究方向：海洋化学、海洋环境监测.E-mail：llizzy@126.com

P76

A

1006-5601(2016)03-0219-11

陈艳梅，黄智伟，陈凯，等.福建安海湾五种重金属和砷在不同介质中的分布特征研究[J].渔业研究，2016，38(3)：219-229.