飞云江入海口表层沉积物中重金属污染及潜在生态危害评价

陈星星，黄振华，潘齐存，陆荣茂，曾国权，柯爱英，黄志行，叶 深

(浙江省海洋水产养殖研究所 浙江省近岸水域生物资源开发与保护重点实验室，浙江 温州 325005)

浙江农业学报ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(10): 1706-1711

陈星星，黄振华，潘齐存，等. 飞云江入海口表层沉积物中重金属污染及潜在生态危害评价[J]. 浙江农业学报，2017，29(10)： 1706-1711.

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.10.16

2017-03-07

浙江省科技厅项目(2015F30021， 2016C37071，2016F50032);2016年度温州市重点渔业水域环境监测(DHCG20160307)

陈星星(1988—)，男，浙江台州人，助理工程师，主要研究方向为水产品质检与营养分析。E-mail: 363316091@qq.com

*通信作者，潘齐存，E-mail: 394823108@qq.com

飞云江入海口表层沉积物中重金属污染及潜在生态危害评价

陈星星，黄振华，潘齐存*，陆荣茂，曾国权，柯爱英，黄志行，叶 深

(浙江省海洋水产养殖研究所 浙江省近岸水域生物资源开发与保护重点实验室，浙江 温州 325005)

于2016年8月采集飞云江入海口瑞安和平阳区域14个站点的表层沉积物，运用无火焰和火焰原子吸收分光法测定2个区域表层沉积物中的重金属含量，并采用Hakanson潜在生态危害指数法对重金属的生态危害进行评价。结果表明，这2个区域各个站位点的重金属污染状况具有一定的相似性：Cu、Zn和Cr的平均单因子污染指数均大于1，属于中等污染程度；瑞安和平阳的平均综合污染指数分别为5.34、5.87，属于低污染程度。平阳的生态风险指数(21.03)大于瑞安(18.37)，但指数值都小于150，属于低生态危害程度。在空间分布上，受飞云江和鳌江支流和沿岸流影响，平阳区域污染要大于瑞安区域。

飞云江入海口；重金属；表层沉积物；生态危害

飞云江流域位于浙江省南部，为浙江省八大独流入海水系之一。它发源于浙江省景宁和泰顺两县交界处的洞宫山白云尖北麓干流，全长203 km，流域面积3 778 km2，是浙江省第四大河，温州市第二大河。河口长约15 km，水流由西向东，单独流入东海，属于山溪性强潮河流。其径流携带着上游各县市乡镇的生活污水和工农业废水进入河口海域。随着温州地区工农业的迅猛发展和城镇化以及大规模的围垦，飞云江入海口水质下降，威胁生态环境[1]。杜臣昌等[2]报道显示，水中的重金属离子会通过吸附、络合、螯合等方式与悬浮颗粒物结合，最终进入沉积物中；因此，沉积物中的重金属赋存蕴含了丰富的人为污染信息，对沉积物中重金属污染物进行分析对于识别重金属来源具有重要意义。

有关飞云江入海口表层沉积物重金属的调查报道较少。1990年刘苍字等[3]对浙南近岸表层沉积物重金属Ni、Co、Cu和Pb做过调查，但是布点上并没有针对飞云江口，另外元素测试上没有关注Cd和Cr。据李学鹏等[4]报道，Cd超标会引起鱼贝等生物中毒，人们若长期暴露于重金属污染物，亦会引起神经系统、肝脏、肾脏等器官损伤。另据梁峰等[5]报道，Cr具有强致癌、致畸、致突变作用，对生物体伤害较大。2011年宋伟华等[1]对飞云江口海域表层沉积物进行调查，此次调查的对象除了重金属外还包含溶解氧、无机氮和石油类等，内容较全，但是并未对重金属进行风险评估和讨论。本研究以飞云江入海口(瑞安和平阳海域)表层沉积物为研究对象，对Pb、Cr、Zn、Cu和Cd等分布状况及富集特征进行研究，并采用Hakanson所提出的生态风险指数法[6]对重金属危害程度进行评价，为综合评价飞云江入海口海域环境质量等提供科学依据与参考。

1 材料与方法

1.1 样品采集与预处理

2016年8月分别在飞云江入海口的瑞安海域和平阳海域采集8个和6个沉积物样品。采样站位分布及编号如图1所示。样品采集用抓斗式采泥器采集表层沉积物样品，装入自封袋，注明采样时间、地点和样品编号等，样品置于装有冰块的保温箱中运回实验室，-20 ℃条件冷冻保存24 h(因同一批沉积物样品在其他研究中还需进行微生物指标检测，所以采用冷藏处理，若仅测定重金属含量，则室温保存即可)。冷冻后的沉积物样品置于干净、通风、阴凉的实验台面上自然风干，去除杂物，用玛瑙研钵轻轻研磨，过63 μm尼龙筛，装入干净的可密封塑料袋中保存备用[7]。

图1 采样站位Fig.1 Location of sampling

1.2 试验方法

对采集的表层沉积物样品，参照GB 17378.5—2007，采用火焰原子吸收分光光度法测定Cu、Pb、Zn含量，检出限分别为2.0、3.0、6.0 mg·kg-1，采用无火焰原子吸收分光光度法测定Cd和Cr含量，检出限分别为0.04、2.0 mg·kg-1。采用土壤成分分析标准物质(GBW07430)进行质量控制。

1.3 沉积物中重金属评价

Hakanson所提出的生态风险指数法[6]从“元素丰度原则”和“元素释放度”角度出发，评价结果不仅反映了某一特定环境下沉积物中各种污染物对环境的影响，而且还能反映环境中多种污染物的综合效应，并用定量方法划分出了潜在生态风险程度。其中，单个污染物污染指数的计算公式为：

(1)

各个污染物污染指数之和(Cd)即为综合污染指数。

为了定量表达水域中单个污染物的潜在生态风险，定义潜在风险参数为：

(2)

2 结果与分析

2.1 质量控制

本次测试采用土壤标准物质(GBW07430)进行质量控制，经测试，结果均能落在相应标准范围内：Cu，(32±2) mg·kg-1；Pb，(61±2) mg·kg-1，Zn，(100±8) mg·kg-1；Cr，(67±3) mg·kg-1；Cd，(0.25±0.02) mg·kg-1。说明本次试验的测定结果是准确、可信的。

表1各指数与污染程度或生态危害程度的对应关系

Table1Relationships within evaluation indicators and degree of pollution or ecological harm

评价指标Evaluationindicator数值Value污染程度或生态危害程度Degreeofpollutionorecologicalharm等级GradesCif<1低LowⅠ1～3中等MediumⅡ3～6重HeavyⅢ≥6严重SeriousⅣCd<8低LowⅠ8～16中等MediumⅡ16～32重HeavyⅢ≥32严重SeriousⅣEir<40低LowⅠ40～80中等MediumⅡ80～160重HeavyⅢ160～320严重SeriousⅣ≥320低LowⅤRI<150低LowⅠ150～300中等MediumⅡ300～600重HeavyⅢ≥600严重SeriousⅣ

2.2 沉积物污染现状分析

分析测定结果(表2)表明，2个区域14个站点重金属浓度分别为：Cu，30.30～45.00 mg·kg-1；Pb， 10.20～30.60 mg·kg-1；Zn，105.00～149.50 mg·kg-1；Cr，81.80～128.75 mg·kg-1；Cd，0.032～0.100 mg·kg-1。依据《海洋沉积物质量评判标准》(GB 18668—2002)，除PY02、PY04、RA01、RA03、RA04、RA08外，其他站点的Cu含量均超第一类质量标准(≤35.0 mg·kg-1)，超标样点占57%，但超过标准限量的值不多；Pb、Zn含量均在第一类质量标准范围内(Pb≤60.0 mg·kg-1，Zn≤150.0 mg·kg-1)，但是PY01、PY03、PY05、RA07站点的含量接近第一类质量标准限量值；各站点Cr元素均超第一类质量标准(≤80 mg·kg-1)，Cd元素均未超第一类质量限量标准(≤0.50 mg·kg-1)。瑞安飞云江入海口表层沉积物中Zn的富集系数最高(平均1.64)，其次是Cr、Cu和Pb，平均值分别为1.55、1.17和0.86；平阳飞云江入海口表层沉积物中以Cr的富集系数最高(平均1.81)，其次是Zn、Cu和Pb，平均值分别为1.64、1.27和0.99。Cu、Zn、Cr在14个站点中的富集系数均大于1；Cd在14个站点中的富集系数均小于1。

表2飞云江入海口表层沉积物中重金属的质量浓度及富集系数

Table2Contents and accumulation coefficients of heavy metal of surface sediment in coastal area of Feiyun River

采样点LocationofsamplingCu质量浓度Content/(mg·kg-1)富集系数AccumulationcoefficientPb质量浓度Content/(mg·kg-1)富集系数AccumulationcoefficientZn质量浓度Content/(mg·kg-1)富集系数AccumulationcoefficientCr质量浓度Content/(mg·kg-1)富集系数AccumulationcoefficientCd质量浓度Content/(mg·kg-1)富集系数AccumulationcoefficientRA01303010122700911219015282001370056011RA02361012026701071341016893401560060012RA033390113306012212910161848014100320064RA043170106195007812380155740012300390078RA053580119220008813280166104701750068014RA06357011915800631330016688401470089018RA074430148240009614950187122502040067013RA08324010810200411247015692501540058012PY014500150194007814405180128752150099020PY023100103210008411960150818013600360072PY033930131287011514260178118101970100020PY04346011523600941050013198001630082016PY054040135261010414030175118201970084017PY063840128293011713540169107201790069014

以现代工业化前沉积物中重金属最高背景值为参照，计算飞云江入海口表层沉积物中几种重金属的污染指数(表3)。瑞安和平阳区域Cu、Zn和Cr的平均污染指数均大于1，属于中等污染程度，Pb和Cd的平均污染指数均小于1，属于低污染程度，但Pb在PY03(1.15)、PY05(1.04)、PY06(1.17)、RA02(1.07)和RA03(1.22)站点的平均污染指数均大于1，其他站点中除RA06(0.63)和RA08(0.41)远小于1外，也都接近1，总体来说都在1附近，处于低污染程度和中等污染程度的临界区。综合各重金属元素，瑞安和平阳的平均综合污染指数分别为5.34、5.87，属于低污染程度。

2.3 潜在生态危害评价

飞云江入海口2个区域各重金属潜在风险参数及综合风险参数测算结果如图2所示。2个区域14个站点各重金属元素的潜在风险参数分别为：Cu，5.05～7.50；Pb，2.04～6.12；Zn，1.30～1.87；Cr，2.47～4.29；Cd，1.92～6.00。入海口各个站点的潜在生态风险指数从高到低为PY03(24.01)>PY05(22.69)>RA07(22.16)>PY01(22.08)>PY06(21.67)>PY04(19.99)>RA02(19.75)>RA05(19.60)>RA06(19.06)>RA03(18.13)>RA01(17.21)>PY02(15.75)>RA08(15.56)>RA04(15.54)。可以看出，研究区域所有重金属元素的潜在风险值均小于40，并且各个站位点的综合潜在风险参数值也均小于150，说明飞云江入海口2个区域的重金属生态危害均属于低潜在生态危害。各重金属元素生态危害程度从高到低依次为Cu>Pb>Cd>Cr>Zn。平阳的生态风险指数(21.03)大于瑞安(18.37)。

表3飞云江入海口表层沉积物中各重金属污染指数及综合污染指数

Table3Contamination index of heavy metals in surface sediment in coastal area of Feiyun River

区域RegionCifCuPbZnCrCdCd瑞安Ruian117086164155012534平阳Pingyang127099164181016587

结合2个地区的分析结果发现，如果在飞云江口以江口两岸作一条桥梁式的直线，并在该线段上作一条中垂线并延长出去，2块区域的站位点分布在中垂线两侧。对照潜在生态风险指数，发现线段下方的指数值要大于上方指数值，也就是平阳区域的污染程度要大于瑞安。究其原因，从站位示意图看，平阳区域站点位于飞云江入海口和鳌江入海口之间，有可能受到2个支流的影响；并且本次采样的时间是8月份，属于夏季，受台湾暖流牵制，呈现沿岸流，流速在10～25 cm·s-1，这就加剧了鳌江口的污染向平阳区域站位的扩散。

图2 飞云江入海口表层沉积物中各重金属的潜在风险参数及综合潜在风险参数Fig.2 Potential ecological risk of heavy metals in surface sediment in coastal area of Feiyun River

3 讨论

本研究分析了飞云江入海口瑞安和平阳区域各重金属在沉积物中的分布情况。研究结果表明，各站点中仅Cu和Cr含量超过国家海洋沉积物一类质量标准，超标率分别为64%和100%。刘苍字等[3]在飞云江口检测到的Cu含量为49.1 mg·kg-1，超过一类质量标准限量；宋伟华等[1]报道2011年秋季飞云江口表层沉积物中Cu的超标率为50%，这与本研究结果较一致。飞云江河口的瑞安港是流域内最大港口，也是浙江省东南沿海主要的中小型港口，而瑞安市为飞云江流域内重要的工业中心及中下游工农业产品集散中心。飞云江中下游的船厂、海港、码头，以及该区域长期停靠、往来的船舶都可能是造成Cu超标的原因。另外，由于船体上涂覆的用于船体防护的防污漆其主要成分为Cu2O，也可能是Cu污染的来源之一。因此，非常有必要加强飞云江Cu污染溯源，开发船体防护环保型替代产品，增强Cu致癌性和急性毒性相关领域的研究，同时，环保部门应出台规范Cu防污漆使用的相关条例。

本研究中另一超标元素是Cr。邱敏娴等[9]对泉州湾洛阳江河口潮滩表层沉积物中重金属赋存形态进行分析时发现，沉积物中有50.9%的Cr是存在其晶格中的，这种形式的Cr大多不存在毒性效应，而传统的测定沉积物中总Cr的方法采用硝酸-氢氟酸-高氯酸消解，这样能够破坏沉积物的矿物晶格，使其中的Cr元素释放出来，测定的总Cr含量中存在于晶格中无害的Cr元素也占了较大比例；因此，对于Cr元素而言，仅仅测定总量并不能科学地评价某一地区的Cr污染情况及其危害。在今后的研究中，应从沉积物中Cr的赋存形态角度出发，科学评定沉积物中Cr的污染及危害。

按照海域的不同使用功能和环境保护目标，国标中将海洋沉积物质量分为3类：第一类适用于海洋渔业水浴、海洋自然保护区、珍稀与濒危生物自然保护区、海水养殖区、海水浴场、人类直接接触沉积物的海上运动或娱乐区、与人类食用直接相关的工业用水区；第二类适用于一般工业用水区、滨海风景旅游区；第三类适用于海洋港口水域、特殊用途的海洋开发作业区。如果从Cu、Cr含量来看，飞云江入海口海域只适用于工业用水区和滨海风景旅游区。

本研究发现，平阳和瑞安Cu、Zn和Cr含量均高于全球工业化前沉积物中相应的背景值[6]，说明2个地区的沉积物中已经存在部分重金属污染。从重金属污染指数来看，Cu、Cr、Zn的平均污染指数均大于1，属于中等污染程度。因此，对飞云江入海口的海域生态环境健康问题应给予足够重视，尤其是对沉积物中的Cu、Zn和Cr污染，要查找源头，进行源头控制。

飞云江入海口表层沉积物中Cu和Cr超一类标准的问题比较严重，这可能与飞云江和鳌江地理位置和水动力条件有关。浙江近海是我国的强潮海区之一，其潮差普遍较大，平均潮差大于4 m，潮水沿河上溯，扩大了咸淡水交换的范围，在径流大的海湾，由于水交换作用增强，带走了大量细颗粒泥沙及沿岸排放的污染物，然而在径流量较小的港湾，潮水所携带的海域的细颗粒泥沙在其河口或港湾深处沉积，污染物质也不容易被带出。飞云江年平均径流量23.8亿m3，鳌江年平均径流量5.4亿m3，在浙江省六大入海河流位列末位，这不利于其污染物的释放。

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EcologicalriskevaluationofheavymetalsinsurfacesedimentincoastalareaofFeiyunRiver

CHEN Xingxing， HUANG Zhenhua， PAN Qicun*， LU Rongmao，ZENG Guoquan， KE Aiying， HUANG Zhixing， YE Shen

(ZhejiangMaricultureResearchInstitute，ZhejiangKeyLaboratoryofExploitationandPreservationofCoastalBio-resource，Wenzhou325005，China)

In order to explore the status of water environmental quality at Feiyun River estuary， surface sediments of 14 sites were collected in Ruian and Pingyang region in August 2016. The contents of heavy metals in surface sediment were analyzed with no flame and flame atomic absorption spectrophotometry， and the ecological risk of heavy metals were assessed by Hakanson potential ecological risk index. It was shown that the situations of heavy metals pollution in the 2 sample areas were similar. The average contamination index of Cu， Zn and Cr was greater than 1， and reached the medium pollution level. The average comprehensive contamination index of Ruian and Pingyang was 5.34 and 5.87， respectively， which were located in the low pollution level. The ecological risk index of Pingyang (21.03) was greater than that of Ruian(18.37)， indicating low ecological risk level. As influenced by the river and tributaries of the Aojiang Feiyun flow， the pollution of Pingyang region was more severe than that of Ruian.

coastal area of Feiyun; heavy metals; surface sediment; ecological risk

X502

A

1004-1524(2017)10-1706-06

（责任编辑高 峻)