海南东寨港红树林表层沉积物元素特征及地球化学意义

王鹏，王军广，马荣林，赵俏玲，张家友，郭跃品，张固成，郝宇

（1.海南省地质调查院,海南海口570206；2.海南师范大学地理与环境科学学院,海南海口571158；3.三亚市海洋与渔业监测中心,海南三亚572000）

海南东寨港红树林表层沉积物元素特征及地球化学意义

王鹏1，王军广2*，马荣林1，赵俏玲3，张家友1，郭跃品1，张固成1，郝宇1

（1.海南省地质调查院,海南海口570206；2.海南师范大学地理与环境科学学院,海南海口571158；3.三亚市海洋与渔业监测中心,海南三亚572000）

对海南岛东寨港自然保护区红树林沉积物常量元素及微量元素含量特征进行了分析，采用因子分析进行元素组合特征研究，结果表明：研究区沉积物常量元素平均含量具有Al＞Fe＞Na＞K＞Mg＞Ca＞P的特征，K和P元素含量波动性较大，可能与保护区周边养猪场以及以虾、鸭为代表的养殖业及周边农业活动有关；重金属平均含量值都在国家标准之内，整体环境质量良好，但重金属Cr和Ni元素样品有超标现象，可能存在点源污染物的输入；相关性分析表明，Al与As、Cu、Fe、K、Mg、Mo、Na、Ni、Pb、Sr、V、Zn之间呈现强正相关关系，Fe与Co、Mn、Ni之间具有强正相关性，Pb与Zn正相关性较好，Ca与Sr相关性显著.因子分析结果表明研究区沉积物的物质来源主要是细粒陆源碎屑沉积组分与海洋碳酸盐生物介壳碎屑物质及其他生物，其中细粒陆源碎屑沉积组分占主导地位.

红树林沉积物；地球化学；东寨港；海南岛

随着沿海地区社会经济的日益繁荣，人类活动对沿海潮间带地区的元素地球化学的影响越来越大.大量研究表明，人类活动对位于河口湾潮滩上的红树林区沉积物中元素的分布与富集影响在不断增大[1-2].而沉积物中的元素地球化学信息，可作为研究环境沉积学的一个重要方面[1-2].

近年来，对于东寨港沉积环境、及重金属污染的评价方面的研究日益增多[3-5]，已取得了一些有意义的研究成果，但关于该区域沉积地球化学环境方面的研究却鲜有报道.本研究通过测定东寨港表层沉积物样品中的常、微量元素含量，分析了它们的分布特征、组合特征及其相互关系，探讨了东寨港的现代沉积环境特征和物质来源，以期为深入认识东寨港的沉积环境和沉积作用过程提供参考.

1　材料与方法

1.1研究区概况

东寨港红树林保护区位于文昌市与海口市的交汇处（19°50″～20°06″N，110°23″～110°38″E）.保护区总面积约3337.6 hm2[6-7]，其中红树林面积1578 hm2，滩涂面积1759.6 hm2，保护区内分布有红树林植物19科35种，占全国红树林植物种类的97%，是我国第一个以红树林生态系统为主要保护对象的国家级保护区.

海南岛东寨港红树林分布区内分布有第四系松散层、基性火山岩、变质岩和花岗岩.西部为火山岩台地，东部为滨海堆积平原区，局部地区为山前剥蚀堆积波状平原区.东寨港岸段为滨海平原，内湾岸线曲折，曲口半岛伸入湾内，将内湾分割成众多的小海，湾周边有演丰河、珠溪河等小溪流入海湾.东寨港水域开阔，主要以潮滩为主，绝大部分水域的水深小于1 m，红树林生长茂密.

东寨港年均温达到23.8℃，全年日照时数约2200 h，年平均降水量达到1670 mm左右，干湿季较明显，是典型的热带海洋性季风气候[8-9].

1.2样品采集及处理

2011年5—8月，在海南岛东寨港红树林自然保护区合理选择采样点，并主要采用梅花采样法采集沉积物样品.在样品采集过程中尽量避免使用金属器具，主要使用塑料小铲采样，采样器具在采样前后均经过严格清洗.采集的沉积物样品在实验室进行自然风干后，用木质工具碾碎并用玛瑙研钵研磨，在风干研磨过程中，剔除干净样品中的植物残根、侵入体和新生体.研磨后样品过150目尼龙筛，供重金属元素含量测定使用.各元素采用ME-MS61测试，全部分析项目在澳实分析检测集团（广州）-澳实矿物实验室完成.

2　结果与讨论

2.1研究区沉积物常量元素含量特征

对海南岛东寨港红树林地区沉积物常量元素组分含量（见表1）进行分析，可以发现，研究区沉积物常量元素平均含量具有Al＞Fe＞Na＞K＞Mg＞Ca＞P的特点.与南海沉积物相比，研究区Fe和P质量分数偏高，反映Fe和P元素可能存在外源输入的特点. K和P的变异系数分别高达0.92和0.84，除Mg和Fe元素的变异系数低于0.50外，Al、Ca和Na的变异系数均高于0.50，表明K、P、Al、Na和Ca等主量元素在研究区分布相对不均匀.尤其是K和P元素，含量分布极为不均匀，含量变化范围较大，可能在采样点位置存在大量的点源输入.

表1　研究区沉积物中常量元素含量（%）Tab.1The contents of major elements in the sediment from mangrove of the study area（%）

调查发现，近年来东寨港红树林自然保护区周边养猪场以及以虾、鸭为代表的养殖业迅速发展，以及周边农业活动中大量磷酸盐肥料的使用均有可能使当地K和P元素含量增加.

2.2研究区沉积物微量元素含量特征

沉积物中重金属元素的含量评价是评价沉积物环境质量的重要指标.从表2中可以看出，研究区重金属平均含量值都在国家标准之内，整体环境质量良好.但重金属Cr和Ni元素样品有超标现象.Cr和Ni样本的超标率分别为8.3%和37.5%，其含量的最大值分别是国家二级标准的2.17倍和1.82倍.从采样点位来看，Cr和Ni的超标样本均来自于演丰镇长宁头村近岸，此处可能存在Cr和Ni元素的混合输入.重金属Cd和Cr元素的变异系数高达1.05和0.82，含量范围的最大值分别是最小值的28倍和27倍，表明Cd和Cr含量的分布很不均匀，可能存在点源污染物的输入，所以应引起重视，应查找污染点源所在，优先控制和治理.另外，除Pb和As元素的变异系数低于0.50外，其余微量元素的变异系数均在0.50～ 0.69之间，表明研究区沉积物中Pb和As元素的含量分布较均匀，而Co、Cu、Mn、Mo、Ni、Sr、V和Zn含量的分布相对有些轻微波动.

表2　研究区沉积物中微量元素含量统计mg/kgTab.2The contents of trace elements in the sediment from mangrove of the study areamg/kg

2.3研究区沉积物元素相关性分析

赋存状态相同或者相近、地球化学行为相似的元素，其相关性较好[10-11].由研究区沉积物元素两两间的相关性分析结果可以看出（见表3），研究区沉积物中各元素之间的相关系数不尽相同.

Al与As、Cu、Fe、K、Mg、Mo、Na、Ni、Pb、Sr、V、Zn之间呈现强正相关关系，相关系数平均0.73.沉积物中Cu、Mg、Ni、V、Pb等元素在细粒组分中富集，这与蓝先洪等研究基本一致[12]，Fe、K、Na等是总粘土矿物的化学表现形式，因此使得上述元素与Al有很强的相关性，具有明显的亲粘土特征.

表3　表层沉积物元素相关系数表Tab.3Element correlation coefficients of the study area

2.4研究区沉积物元素因子分析

对研究区沉积环境中常量和微量元素进行了R型因子分析，结果表明（见表4），研究区沉积环境中各元素可以清晰地分为3个因子.3个因子的方差贡献分别为53.17%、22.08%和13.89%，累积贡献率为89.14%.方差特征值在取3个因子时大于1，因此这3个因子完全可以反应原始数据的信息.

F1主因子：方差贡献为53.17%，远高于其他因子，因此该因子对研究区沉积物化学组分有决定性影响.该因子的元素组合为：Al、Fe、As、Co、Cu、Mg、Mn、Mo、Ni、Pb、V和Zn.在表生环境中，元素地球化学性质较稳定的Al、Fe、Mg等元素组分主要赋存于陆源碎屑矿物和粘土矿物中.但河口湾的沉积物极易形成一种可以吸附金属离子的腐殖质-多价金属离子-粘土矿物的稳定三元络合物，能够吸附聚集大量的Fe、Mg、Co、Ni、V等金属元素[13].因此认为，F1主因子的元素组合代表了细粒亲陆源碎屑沉积的组合，是控制研究区沉积环境化学成分的最主要因素.

续表

表4　研究区沉积物元素化学成分因子载荷Tab.4Factor load of chemical element compositions in the sediment of the study area

F2主因子：方差贡献为22.08%，Ca、Sr和Na在主成分2中具有较高载荷.研究表明，Ca是生物介壳碎屑物质的重要组分[14]，Sr是亲生物元素[15]为碳酸盐型生物碎屑组合[15].另外，Na可能来源于盐生植物的腐殖质.因此，主成分2代表了海洋碳酸盐生物介壳碎屑物质及其他生物来源的混合源.

F3主因子：方差贡献为13.89%，主要由Cd和P元素组成.研究表明，港口的船舶排污，润滑油泄漏机械部件磨损都会导致Cd元素含量的升高[16].P元素可能来自于污染物的排放增多和磷酸盐肥料的使用[14].因此，主成分3代表人为污染源的排放.

主因子分析表明，东寨港红树林沉积物的化学组分及其来源是复杂多样的，其中包括细粒亲陆源碎屑沉积的组分、海洋碳酸盐生物介壳碎屑物质及人为污染物组分，但细粒陆源碎屑物是主要组分.

3　结论

1）研究区沉积物常量元素平均含量具有Al＞Fe＞Na＞K＞Mg＞Ca＞P的特点.与南海沉积物相比，Fe和P元素可能存在外源输入的特点.尤其是K和P元素，含量分布极为不均匀，可能在采样点位置存在大量的点源输入.认为与保护区周边养猪场以及以虾、鸭为代表的养殖业及周边农业活动有关.

2）研究区重金属平均含量值都在国家标准之内，整体环境质量良好.但重金属Cr和Ni元素样品有超标现象.可能存在点源污染物的输入，所以应引起重视，查找污染点源所在，优先控制和治理.

3）研究区沉积物常、微量元素相关性分析表明，Al与As、Cu、Fe、K、Mg、Mo、Na、Ni、Pb、Sr、V、Zn之间呈现强正相关关系，表现出明显的亲粘土特征；Fe与Co、Mn、Ni之间具有强正相关性，体现了相似地球化学行为.Pb与Zn正相关性较好，表明这两种元素具有同源性.Ca与Sr多赋存于碳酸盐生物介壳中，两者相关性显著.

4）研究区沉积物元素化学组分R型因子分析结果表明，代表细粒亲陆源碎屑沉积组分的F1因子是控制研究区沉积环境化学成分的最主要因素.F2因子是海洋碳酸盐生物介壳碎屑物质及其他生物来源的体现.F3因子代表人为污染源的排放.综合分析上述3个因子的沉积组合特征可知，研究区沉积物的物质来源主要是细粒陆源碎屑沉积组分与海洋碳酸盐生物介壳碎屑物质及其他生物，其中细粒陆源碎屑沉积组分占主导地位.

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责任编辑：黄澜

Elemental Characteristics and Geochemical Significance of Surface Sediment from the Mangrove of Dongzhai Harbor

WANG Peng1，WANG Junguang2*，MA Ronglin1，ZHAO Qiaoling3，ZHANG Jiayou1，GUO Yuepin1，ZHANG Gucheng1，HAO Yu1
（1.Geological Survey Institute of Hainan Province，Haikou 570206，China；2.School of Geography and Environmental Science，Hainan Normal University，Haikou 571158，China；3.Sanya Municipal Ocean and Fisheries Mornitering Center，Sanya 572000，China）

By carrying out the elemental analysis on the sediments of Dong zhai Harbor,the research studies the content characteristics of major elements and the sign ificance of geochemistry by using the correlation analysis and factor analysis. The result shows that the content characteristics of major elements were different,which order is:P＞Al＞Fe＞Na＞K＞Mg＞Ca.The content of heavy metal elements are lower than the standard of classⅡof the soil environment quality.As、Cu、Fe、K、Mg、Mo、Na、Ni、Pb、Sr、V and Zn show strong positive correlation with Al and Co、Mn and Ni show strong positive cor⁃relation with Fe.Factor analysis shows that surface sediment in this research areacame mostly from continental source and bi⁃ologicai source,but the main origin was continental source.

sediments of mangrove；geochemistry；Dongzhai harbor；Hainan island

P736.1

A

1674-4942（2016）01-0070-05

2015-11-25

海南师范大学青年教师科研启动项目（QN1439）