海洋沉积物重金属元素相关性研究

冀应斌 陈雷

摘 要：而沉积物中重金属元素的富集受到沉积物理化性质的影响，如沉积物的pH、粒度组分、黏土矿物成分等，具有不同理化性质的沉积物对不同的重金属元素进行选择性吸附。本文结合海南环岛潮间带海洋沉积物，利用相关性分析来研究沉积物中的重金属元素在分布上与其理化性质之间的联系，从而为海岛重金属污染环境预警与防治提供技术指导。

关键词：重金属元素;相关性研究;潮间带

中图分类号：P736.4+1     文献标识码：A     文章编号：1003-5168（2021）30-0049-03

Abstract： The enrichment of heavy metal elements in sediments is affected by the physicochemical properties of sediments， such as pH ， particle size composition， clay mineral composition， etc. Sediments with different physicochemical properties selectively adsorbed different heavy metal elements. In this paper， the correlation analysis was used to study the relationship between the distribution of heavy metals in the sediments and their physical and chemical properties in the intertidal Marine sediments collected from Hainan Island. So as to provide technical guidance for the early warning and prevention of island heavy metal pollution environment.

Keywords：heavy metals;correlation study;intertidal zone

隨着沿海工业废水和生活污水以及入海河流携带的污染物大量的排入，潮间带成了重金属的重要聚集场所，且具有水动力强烈、泥沙输移和冲淤变化频繁、Eh和pH等物理化学条件复杂多变、生物种类丰富多样等特点[1]。本文结合海南环岛潮间带海洋沉积物特征，利用相关性分析来研究沉积物中的重金属元素在分布上与其理化性质之间的联系[2]，对海南岛环岛潮间带As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn八种重金属元素之间的相关性，以及其与pH、有机碳（OrgC）及TFe2O3的相关性进行了系统研究，为海岛重金属污染环境预警与防治提供技术指导。

1 表层与深层沉积物重金属分布特征

据表层沉积物重金属的含量分布分析，砷（As）的高值区主要集中在澄迈湾的马村一带，后水湾沿线一带以及琼海到文昌的沿岸一带，东方市、三亚市、陵水县、万宁市的小海以及铺前湾等地有个别点富集;镉（Cd）的高值区主要集中后水湾的沿岸一带，在铺前湾、洋浦湾、清澜港以及万宁的小海有明显的集中富集;在三亚、陵水等地有个别点富集;从海口到洋浦出现了一条带状的铬（Cr）的高值区，在铺前湾、清澜港、万宁的小海出现了明显的富集;铜（Cu）的高值区主要分布在后水湾、铺前湾、清澜港、洋浦港以及万宁的小海，而在澄迈湾沿岸却只有零星的分布，在海口、三亚、陵水有个别点富集;汞（Hg）的高值区分布主要是以点富集为主，基本没有出现成带状分布的Hg的高值区，主要集中在几个主要的港湾内，如后水湾、铺前湾、清澜港、洋浦港、三亚以及万宁的小海，在昌化、陵水以及澄迈湾沿岸有零星分布;镍（Ni）的高值区分布比较集中，主要集中于洋浦港到澄迈湾的沿线一带以及铺前湾、清澜港的沿岸潮间带，在南渡江入海口、昌化以及万宁等地有个别点富集;与其他重金属相比，铅（Pb）的高值区分布明显比较稀疏，感城到莺歌海一段是成带状分布，其他的都是成点零星分布，主要在三亚、昌化、陵水、洋浦港、铺前湾以及万宁有个别点富集;锌（Zn）的高值区主要集中在洋浦港、后水湾、铺前湾、清澜港、澄迈湾沿岸、三亚以及万宁的小海，南渡江入海口、昌化等地有零星分布。总体上来看，重金属的高值区主要集中于港口和海湾附近[3]。

据深层沉积物的重金属分布特征分析，砷（As）的高值区呈零星分布，主要分布于澄迈湾、铺前湾、洋浦港、后水湾、万宁的小海以及琼海;镉（Cd）和砷（As）的高值区分布也是呈零星分布，主要分布于澄迈湾、铺前湾、洋浦港、后水湾、万宁的小海以及琼海;铬（Cr）的高值区分布主要位于北部和东北部，在南部、西部以及西南部的沿线一带都未出现Cr的富集;铜（Cu）的高值区主要分布于洋浦港、澄迈湾、铺前湾以及清澜港，另外在昌化、三亚、陵水、万宁、琼海、海口以及后水湾等地有零星的富集点;汞（Hg）的高值区主要分布于洋浦港到后水湾的沿岸一线，以及铺前湾、清澜港和琼海的小海，同时在三亚、东方、万宁等地有个别点富集;镍（Ni）的高值区分布与Hg的高值区分布基本一致，但在澄迈湾Ni有大面积的富集;铅（Pb）的高值区主要分布于洋浦港、澄迈湾、铺前湾以及万宁的小海，另外在琼海、昌化等地有零星的富集;锌（Zn）的高值区分布与Pb的分布基本一致。总体上来看，深层潮间带的重金属富集主要是以点富集为主，很少有成带状成片分布，主要分布于港口、海湾以及三大河流的入海口[4]。

2 重金属元素间相关性分析

2.1 表层重金属元素间的相关性

通过表层重金属元素的相关系数（见表1和图1）综合分析可以得出：Cr和Ni的相关系数达到了0.91，为高度线性相关，这可能与Cr、Ni的化学性质有关，二者同为铁族元素，具有相似的地球化学特性;从表1中还可以看出Cu、Cr、Ni、Zn的相关性都为显著线性相关，这说明四者具有相似的环境化学行为或具有相同的物质来源;另外，Pb与其他重金属的相关性都不高，可能与Pb的迁移方式有关[5]，沉积物中Pb的主要来源是大气沉降[6]。

2.2 深层重金属元素间的相关性

通过深层重金属元素的相关系数（见表2）综合分析得出：Cr、Cu、Ni、Zn四者的相关系数基本上都达到了0.8以上，相关性非常高，同时还可以看出Hg与Cr、Cu、Ni、Zn这四者的相关系数也都在0.5～0.8之间，为显著线性相关。

2.3 重金属元素与pH、OrgC及TFe2O3的相關性分析

通过重金属元素与pH、有机碳（OrgC）及TFe2O3的相关系数（见表3、表4）分析得出：重金属与pH的相关性总体上不强，但是Cr、Cu、Hg、Zn与pH的相关性较好，不过都成负相关，这说明酸性条件下有利于这些元素的沉淀;在表层除了Pb与有机碳（OrgC）、TFe2O3的相关性不强外，其他元素都与有机碳（OrgC）、TFe2O3有很好的相关性，这主要是因为有机质中的腐殖质属于高分子化合物，具有较高的表面活性，与重金属有较强的络合能力，容易产生吸附、络合和沉淀;Fe2O3是黏土矿物的重要组成部分，而元素Cu、Zn等易于被细粒黏土矿物所吸附共存于沉积物中。

3 结论

①Cr、Cu、Ni、Zn四者具有高度的线性相关性，由于潮间带深层的样品采集深度为150～200 cm，因此从Cr、Cu、Ni、Zn四者在浅层和深层都具有高度相关性可以判断出Cr、Cu、Ni、Zn四者应该具有相同的物质来源。

②Hg在潮间带深层形成了大范围的污染，而在表层基本未形成污染，从重金属之间的相关性来看，Hg与Cr、Cu、Ni、Zn四者的相关性较高。从Hg的地球化学特征来看，Hg与Cu、Zn处于同一族，同时由于Hg的离子半径与Cu、Zn二者比较接近，使得Hg有可能进入这些元素组成的矿物中，而Cr、Cu、Ni、Zn四者本身就具有相似的地球化学行为，因此Hg与Cr、Cu、Ni、Zn具有较高的相关性。

③重金属元素与OrgC、TFe2O3的相关性普遍较高，因为有机质与重金属有较强的络合能力，容易产生吸附、络合和沉淀;Fe2O3是黏土矿物的重要组成部分，而元素Cu、Zn等易于被细粒黏土矿物所吸附共存于沉积物中。

参考文献：

[1]李淑媛，刘国贤，苗丰民.渤海沉积物中重金属分布及环境背景值[J].中国环境科学.1994（5）：370-376.

[2] 张起源，刘谞承，赵建刚，等.广东沿海沉积物重金属含量及风险评价[J].中国环境科学.2018（12）：4653-4660.

[3] 王敏，王传远，李沅蔚，等.曹妃甸近岸海域石油烃污染物的来源与空间分布研究[J].海洋科学.2017（5）：110-116.

[4] 甘华阳，何海军，张卫坤，等.三亚河沉积物中重金属生态风险评价与污染历史[J].生态环境学报.2015（11）：1878-1885.

[5]林丽华，魏虎进，黄华梅. 大亚湾表层沉积物和底栖生物中重金属的污染特征与生物积累[J].生态科学.2017（6）：173-181.

[6]王贵，姚德.胶州湾东岸表层沉积物重金属污染研究[J].内蒙古石油化工.2005（7）：1-3.