黄海南部海域表层沉积物重金属分布及生态风险研究

杜瑶怡　徐吉波

【摘 要】2013年黄海南部海域所采集的25个站位表层沉积物6项重金属指标含量均在第一类标准限值内，平均含量为Cu16.1mg/kg、Pb17.0 mg/kg、Zn61.8mg/kg、Cd0.079mg/kg、Hg0.031mg/kg、As3.10mg/kg。空间分布上，Cu、Pb、Zn3种重金属含量在调查海域西北部呈现峰值，并沿东南方向递减；Cd含量在中部呈现峰值，并向四周递减；As含量呈中间低四周高的分布；Hg含量总体呈西高东低分布。采用Hakanson指数法评价了沉积物重金属生态风险，结果显示：调查海域表层沉积物中重金属元素的潜在生态风险整体表现为轻微。6种重金属元素对黄海南部海域潜在生态综合危害的大小贡献顺序为：Hg>Cd>Pb>Cu>As>Zn，。Hg的 值对 值的权重贡献最大，即Hg表现为首要的潜在生态风险因子。

【关键词】黄海 沉积物 重金属 生态风险

受黄河长江两条大河及黄海沿岸陆源污染物的交互影响，黄海中大部分重金属污染物经历了吸附作用、絮凝作用等复杂的物理、化学、生物过程后，转移到颗粒态中并沉积于海底。进入到沉积物中的重金属分布具有时空上的有序性和相对稳定性，并具有很强的富集性。这些都对底栖生物产生很强的毒副作用，并通过食物链影响人类健康[1]。Hakanson生态风险指数法[2]综合考虑了重金属的毒性、重金属在沉积物中普遍的迁移转化规律和评价区域对重金属污染的敏感性，以及重金属区域背景值的差异，消除了区域差异和异源污染的影响，可以综合反映沉积物中重金属对生态环境的影响潜力，许多学者和专家利用该方法对不同地区的沉积物重金属污染进行了评价[3-6]。本文分析了黄海南部海域表层沉积物重金属的分布特征，研究了重金属元素间的相关关系，运用Hakanson指数法对重金属污染生态风险进行了评价，对于该海域的海洋环境保护，海洋资源的可持续利用具有重要意义。

1材料与方法

1.1研究区域及样品采集

2013年黄海海域沉积物调查监测范围为北纬32.500°～36.925°，东经124°以西的黄海海域，取25个测点进行调查采样。各监测站布置见图1。采用抓斗式采样器采集表层沉积物样品，采样后样品放入聚乙烯塑料袋中密封，-20℃冰冻保存。

1.2样品处理与分析

样品经冷冻干燥仪冷冻干燥后，并经球磨仪粉碎后待测。样品的Pb、Cd采用石墨炉原子吸收分光光度法；Cu、Zn采用火焰原子吸收分光光度法；As、Hg采用氢化物—原子荧光光度法；有关操作参见《海洋监测规范》[7]。采用GBW07314 标准物质全程质控。

2 结果与讨论

2.1表层沉积物重金属分布特征

铜：测值范围7.5～31.6mg/kg，均值16.1mg/kg，最小值出现在D9站位，最大值出现在B7站位。总体呈现以中部偏北的B6和B7站位为中心，向四周辐射递减的态势，高值区的中心区域浓度高于28mg/kg，C7-D7-E5连线西南部浓度低于12mg/kg。中西区域等值线分布较密，浓度变化梯度较大，西南区域等值线分布稀疏，浓度变化梯度较小，详见图2。

铅：测值范围6.6～31.4mg/kg，均值17.0mg/kg，最小值出现在D9站位，最大值出现在B6站位。总体分布呈现以中部偏北的B6站位为中心，向四周辐射递减的态势，高值区的中心区域浓度高于30mg/kg，B9-C7-D7连线西南部浓度低于14mg/kg，详见图2。

锌：测值范围32.4～104mg/kg，均值61.8mg/kg。最小值出现在C8站位，最大值出现在B6站位。总体呈现以中部偏北的B6站位为中心，向四周辐射递减的态势，高值区的中心区域浓度高于100mg/kg，中西部和西南角浓度低于50mg/kg。等值线总体分布比较均匀，浓度变化梯度比较稳定，详见图2。

镉：测值范围0.046～0.130mg/kg，均值0.079mg/kg。最小值出现在C8站位，最大值出现在C3和B4站位。总体等值线分布比较稀疏，浓度变化梯度较小，在C8站位附近存在一个低值区，中心区域浓度低于0.055mg/kg，整体分布呈现由西向东递增的态势，详见图2。

砷：测值范围0.17～7.08mg/kg，均值3.10mg/kg，最小值出现在D5站位，最大值出现在D8站位。在B6站位存在一个高值区，并以B6为中心向四周递减趋势分布，C与D断面之间呈现出由北向南逐渐递增的变化趋势，在D8附近还存在一个高值区，并以D断面为轴向南北两侧递减分布，详见图2。

汞：测值范围0.014～0.063mg/kg，均值0.031mg/kg，最小值出现在C9站位，最大值出现在D9站位。在B5附近存在高值区，A与B断面之间呈现由北向南逐渐递增的变化趋势，B与C断面之间呈现由西向东递增的分布趋势；D9站位出现最大值，并以扇形方式向调查海域东部递减分布，详见图2。

2.2 相关性分析

采用数理统计软件SPSS19.0作了重金属间的Pearson（皮尔逊）相关性分析。结果表明：各重金属元素之间，Cu与Pb、Zn、Cd、Hg，Pb与Zn、Cd、Hg，Zn与Cd、Hg，Cr与Hg有明显的正相关关系，相关性分析结果详见表1。

2.3潜在生态风险评价

2.3.1 Hakanson 潜在生态危害指数法

Hakanson潜在生态危害指数法是基于重金属的生物毒性的评价方法，本文选择了Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As006 种元素进行对沉积物评价。根据潜在生态危害系数法，某区域沉积物中第 种重金属的潜在生态危害系数 和沉积物中多种重金属的潜在生态危害指数 可分别表示为：

；

其中： 为第i种重金属的污染指数； 为各样品沉积物中第i种重金属的实测浓度； 为参比值； 为第i种重金属的毒性系数，反映各种重金属元素毒性水平和生物对其污染的敏感程度。沉积物重金属生态危害划分标准为： <40 或 <150为轻微生态危害；40≤ <80 或150≤ <300为中等生态危害；80≤ <160或300≤ <600 为强生态危害；160≤ <320或 ≥600为很强生态危害； ≥320 为极强生态危害。

对于沉积物重金属的评价，人们借助于确定区域地球化学自然背景值的方法来区分沉积物中化学物质的自然源量值及人为活动的增量水平[2]。本文采用文献[8]沉积物中重金属的参照值 和毒性系数 见表2。

2.3.2 潜在生态风险评价结果

监测数据的 、 统计分析结果见表3，所有监测站点表层沉积物重金属潜在生态综合风险危害指数 值远低于150，说明调查海域表层沉积物中重金属元素的潜在生态风险整体表现为轻微，即沉积物中重金属的生态危害效应较小。但在不同的海域，潜在生态风险危害指数具有差异性。在调查海域的4号至6号，站位总的重金属潜在生态风险危害指数最高，分别为28。0、31.3、31.0；在调查海域14 号、15 号以及16 号站位最低，分别为11.6、10.4、14.2。说明了陆域污染物的输入对近岸沉积物中重金属的含量有一定影响。沉积物中单个重金属潜在风险危害系数均低于40，说明单因子污染物生态危害程度轻微。6 种重金属元素对调查海域潜在生态综合危害的大小贡献顺序为：Hg>Cd>Pb>Cu>As>Zn。Hg的 值对 值的权重贡献最大，即Hg表现为首要的潜在生态风险因子。

3结语

调查海域沉积物中重金属空间分布总体表现为铜、铅、锌三种重金属在调查海域的西北部含量较高，向东南逐步减低；镉中调查海域中部含量略高，周边低；砷和汞分布大致相同，西北到西南含量较高，中部到东部较低。表明沉积物中各重金属分布受陆源污染物输入的影响存在不同。各重金属元素之间，Cu与Pb、Zn、Cd、Hg，Pb与Zn、Cd、Hg，Zn与Cd、Hg，Cr与Hg有明显的正相关关系。

潜在生态风险评价结果显示，调查海域表层沉积物中重金属元素的潜在生态风险整体表现为轻微。6种重金属元素对调查海域潜在生态综合危害的大小贡献顺序为：Hg>Cd>Pb>Cu>As>Zn，Hg的 值对 值的权重贡献最大，即Hg表现为首要的潜在生态风险因子。

参考文献：

[1]邹景忠.海洋环境科学[M].济南：山东教育出版社，2004：137-157.

[2]HAKANSON L. An ecological risk index for aquatic pollution control： a sediment to logical approach[J].Water research，1980，14（8）：975-1001.

[3] 张存勇，陈斌林.连云港近岸海域沉积物重金属潜在生态危害评价[J].海洋环境科学，2008，27（6）：632-635.

[4]张少锋，林明裕，魏春雷 等.广西钦州湾沉积物重金属污染现状及潜在生态风险评价[J].海洋通报，2010，29（4）：450-454.

[5]金德，史永红，高良敏.应用生态风险指数法评价沉积物中重金属污染[J].山西建筑，2010， 36（13）：335-336.

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[7]国家海洋环境监测中心.海洋监测规范GB 17378.5-2007[S].北京：中国标准出版社，2007.

[8]陈静生，陶澎，邓宝山 等.水环境化学[M].北京：高等教育出版社，1987.