红树林沉积物重金属分布及生态风险分析

甘加俊

(广东珠海淇澳-担杆岛省级自然保护区管理处，广东 珠海 519000)

1 引言

红树林是一种独特的生态系统，其适合生长的环境为热带和亚热带的海湾、沿海河流的潮间带、河口等。在各类污染物中，重金属的属性为生物积累且具有持久性，其特点为不可逆积累、难降解、易富集，是影响海洋环境的主要污染因子，可通过食物链传递对人体健康产生有害影响。重金属进入海洋后，会在化学、物理、生物的三重作用下在沉积物中富集，以动态平衡的形式依附在上覆水体里[1]。一旦环境有所改变，将打破原有的平衡，沉积物所含的重金属会再次侵入人体。所以，在重金属的评价中沉积物以其聚集和释放双重特点占据特殊的地位。在水环境中重金属的主要生存载体就是沉积物，该物体置于液固状态的交汇处，对海洋的影响很广泛，表现在生态环境、生态服务、生态系统结构等诸多方面[2]。最近几年，广东省珠海市相关海域表现最明显，严格进行了海域环境质量、富营养化、重金属污染等相关评价[3]。本研究以珠海淇澳红树林为重点，对沉积物中As、Cr、Cd、Cu、Ni、Pb、Zn等有毒金属，利用沉积物富集系数法进行研究，探讨了淇澳红树林沉积物有毒金属含量影响因子和时空分布特征，对毒性金属隐藏的生态风险进行评价，利用形成的理论和积累的数据促进淇澳红树林的生态健康，提升其管理效益[4，5]。

2 材料与方法

2.1 原料

研究区选择为珠海淇澳红树林群落，该地区具有优越的光、水、湿、热等环境，长达358 d的无霜期，年气温均22～23 ℃，表层海水温度均为24.6 ℃，降水量年平均为1975.1 mm。成土母质为燕山黑云母花岗岩母岩。本试验于2018年7月采集淇澳红树林湿地的沉积物样品，采集土壤样品24个，标号为C1-C24。

2.2 研究方式

2.2.1 关键试验仪器与试剂

电感耦合等离子质谱；微波消解仪；去离子水系统；调温加热板；硝酸；氢氟酸；多元索标准储备液(As、Cr、Cd、Cu、Ni、Pb和Zn,质量浓度为1000 mg/L)。

2.2.2 试验过程

将样品土壤进行自然干燥。将内含的所有杂质去除后，用砂浆磨成细粉，通过200目尼龙筛过滤，将处理后的样品装入编号干净的密封袋内，等待测定重金属含量。称取0.1 g的土壤样品，称量要不超过0.0001 g的误差，加入9 mL 2∶1比例的混合酸(HNO3-HF)，然后放置到微波消解仪内根据预定的程序进行消解，消解后实施冷却，将消解后的液体放置烧杯内，加入精准准确称取处理后的干土样0.1 g(精确至0.0001 g)，加入H2O20.5 mL，把剩余酸蒸发掉；向烧杯中加入0.02 mL HNO3使盐溶解，将溶液全部移入50 mL容量瓶中，定容利用纯净水，最后用电感耦合等离子体质谱法测定铬、镍、铜、锌、砷、镉、铅的含量[6]。数据采用 excel 2010和spss19.0软件处理，图像采用 arcgis 9.3和 origin9.0软件绘制。

3 结果与讨论

3.1 沉积物重金属含量与分布特征

本文表1中显示24个试验土样中7种重金属值，同时所示的还有海南水系沉积物元素背景值，通过表格数据不难看出，大部分的重金属浓度变化区间较大。

表1 24个试验土样中7种重金属值 mg/kg

Cd的含量在0.31～1.78 mg/kg区间,平均值为0.64 mg/kg，Cd含量的不同点位都比元素背景值高，其中CD含量最高的两个点为C22(1.78 mg/kg)和点位C17(1.28 mg/kg),C22是背景值的25.30倍，C17是背景值的17.14倍；As的含量介乎1.98～54.75 mg/kg，平均值为11.80 mg/kg。As含量在不同的点位都明显比元素背景值高,其中As含量最高的两个点位是C20(55.65 mg/kg)和C21(27.88 mg/kg),C20是背景值的21.54倍，C21是背景值的10.86倍；Cr的含量范围为12.18～105.82 mg/kg,平均值为54.07 mg/kg,除了C7、C8、C12、C14、C15、C19、C22和C23外，其他点位的Cr含量都要比背景值高，其中Cr含量最高的两个点位是C17(104.82 mg/kg)和C16(97.60 mg/kg)，C17是背景值的2.64倍，C16是背景值的2.6倍；Cu含量范围是2.53～21.19，Ni的含量范围是7.43～53.60，Pb的含量范围是4.18～30.18mg/kg，Zn的含量范围是16.24～138.21 mg/kg，Cu的平均值为22.11 mg/kg，Ni的平均值是11.54 mg/kg，Pb的平均值是48.51 mg/kg，Ni的平均值是12.53 mg/kg，在这几种化学元素中，唯有局部点位重金属含量高于背景值。

3.2 特征分析

该分析利用沉积物富集系数法，参考元素选择Sr，进行重金属中富集系数的运算，重金属采集于红树林湿地沉积物[7]，图2为计算结果。富集系数计算根据公式(1)：

(1)

公式(1)中某一元素设定为Me,Mesiple表示沉积物的重金属元素；Srsimple代表Sr的测量值；而Mebackground表示沉积物的重金属；Srbackground表示Sr的背景值。总之，Cr、Cu、Ni、Pb、Zn这五种元素的富集系数都低于1.5，足以显示这5种元素不富集，主要是因为这些元素形成于岩石圈和地壳自然风化的过程，人类行为难以影响；Cd、As两种元素都高于1.5的富集系数，说明Cd、As的富集由于该地区土壤重金属含量不同程度的富集，人类行为影响土壤重金属的程度高于自然过程。具体分析，Cd元素所有点位的富集系数都比其他元素高，平均值为2.18，其中富集系数都大于1.5的点位占据一半，C20点位的EF值为5.33，C22点位的EF值为4.58；而As在另外六个点位(C1、C9、C18、C20、C21、C22)的富集系数高于1.5，C20点位呈现最高值，可达7.83。

3.3 生态风险指数分析

该计算可以利用潜在生态风险指数法[8]，首先获得本文案例湿地沉积物中各重金属潜在生态风险系数E，再求出生态风险指数RI，具体方法见(2)式:

(2)

图1 表层沉积物重金属潜在生态风险指数

综合该湿地区域中点位生态风险值呈现逐渐上升的态势，从C1点位的252.86到C22点位的798.66，波动式提升218.38%。必须指出的是，在该红树林中有四个点位(C4、 C17、C20、C22)都呈现各自的峰值。尤其是C22点位，RI值为798.66，该点位处于湿地内RI最高值，其生态风险水平也最高[10]。足以显示整个研究区重金属元素的富集程度越来越高，尤其是在相对平坦的水流区。另一方面，峰值表明本点位重金属含量都比其他点位高，更具备显著的累积效应[11,12]。主要因素为近年来频繁的人类行为，高含量的重金属污染物没有进行相应的处理就进入该湿地，并在沉积物中积存；另外的因素也可能是雨水冲击附近被重金属污染的土壤流入湿地，而重金属最终通过一系列的物理、化学和生物过程积累，导致重金属的沉积和富集[13]。

4 结论

本研究利用了沉积物富集系数法,得出的结论是该湿地中沉积物中重金属的富集微弱，唯有Cd、As两种元素表现较高的富集，这两种元素的主要来源是人为输入。在该湿地的区域内,周边水产养殖较密集的地方以及水流缓慢的下游区域，具备富集重金属的活跃能力。该湿地中重金属的关键污染元素就是Cd和As,必须引起足够的重视。