海南岛环岛潮间带重金属元素污染评价研究

2022-03-11冀应斌陈雷

河南科技 2022年1期

冀应斌陈雷

摘要：通过采集海南岛环岛潮间带As、Cr、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等8种重金属元素含量数据，利用地累积指数法和污染负荷指数法对海南岛环岛潮间带进行污染评价，结果表明：海南岛环岛潮间带总体上污染较轻，从区域上看，污染主要集中于港口、海湾以及河口附近;从元素来看，产生污染的元素主要是Cr、Cu、Ni、Zn四种。相关研究可为海南岛环岛潮间带重金属污染环境预警提供技术支撑。

关键词：潮间带;重金属;污染评价研究

中图分类号：X55 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2022）1-0117-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.01.026

Study on Evaluation of Heavy Metals Pollution in the Intertidal Zone Around Hainan Island

JI Yingbin1 CHEN Lei2

（1.Nanjing Engineering Branch of Jiangsu Union Technical Institute，Nanjing 211135，China;

2.Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China）

Abstract：Based on the content analysis of eight heavy metal elements （As、Cr、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn） in the intertidal zone around Hainan Island， this paper mainly uses the geoaccumulation index method and pollution load index method to evaluate the pollution in the intertidal zone around Hainan Island. The results show that： On the whole， the pollution in the intertidal zone around Hainan Island is relatively light. From the regional point of view， the pollution is mainly concentrated in the ports， bays and estuaries. From the point of view of elements， the main polluting elements are Cr， Cu， Ni and Zn. Therefore， it provides technical support for the early warning of heavy metal pollution in the intertidal zone around Hainan Island.

Keywords：intertidal zone;heavy metals;study on pollution assessment

1 研究區概况

研究区潮间带是海陆交互作用的一个重要地带，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。潮间带的重金属除了直接对潮间带的生物及通过生物的放大作用对人的身体产生危害之外，还会由于潮间带水动力条件的改变和生物活动的影响，造成重金属的重新释放和分布，产生重金属的“二次污染”，直接危害近岸环境。因此，对于海南岛环岛潮间带重金属污染评价的研究是非常有价值的[1-3]。

2 样品采集及污染评价方法

2.1 样品采集

潮间带沉积物表层样采样深度为0～20 cm，用采样器（小型曙光采样器或抓斗）均匀采集0～20 cm的沉积物。采集物质为底泥样品，剔除石块和杂质，如贝壳、生物碎屑等，同时弃去采样工具中的黏着物质。样品原始重量大于3 000 g（湿重），以保证样品过筛后样品重量大于500 g。采集的样品装入事先写有样号的布袋中，同时隔开放置，在排干大部分水分后外套聚乙烯袋运输，最后样品保存在阴冷处。潮间带深层沉积物采样深度为150～200 cm，但要采集0～200 cm完整的沉积柱状样品。采样物质为底层沉积物。采样过程中，保证样品纵向的完整性，若样柱长度不足或样管斜插入水底，均应重采。取深度150～200 cm沉积物作为分析样品。原始样品重量大于1 500 g（湿重）。采样过程中，避免采集粘附在管壁上的物质，以确保样品不受采样工具沾污。对150 cm以上的样柱，按自然分层分段进行保存，无分层现象者按25 cm均匀分段保存。

本次样品检测As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、Fe2O3、orgC、pH等11个指标。根据样品分析测试技术标准，结合样品特点：黏土、高硅砂质土壤、高钛铁土壤、高钙土壤、高氯土壤，应用了一套全新的分析方法配套方案，以电感耦合等离子体质谱法和X射线荧光光谱法为主，辅以其他分析方法组成。

2.2 重金属污染评价方法

2.2.1 地累积指数法。为了对海南岛环岛潮间带的重金属富集情况和污染现状做出评价，笔者采用了德国科学家Müller于1969年提出的地累积指数（Index of geoaccumulation，Igeo）法，其公式为

式中：Cn为n元素在沉积物中的含量;Bn为n元素当地沉积母质地球化学背景值;A为修正造岩运动引起的背景值波动而设定的常数，通常取1.5。依据地累积指数（Igeo）法，把沉积物中重金属的污染程度划分为7个等级（见表1），通过对沉积物中重金属地累积指数可以有效地判断沉积物中重金属的污染程度。

2.2.2 污染负荷指数法。重金属污染水平的分级采用污染负荷指数法，评价区域所包含的多种重金属成分共同构成，评价方法如下。

首先根据某一点的实测重金属含量，进行最高污染系数CFi的计算，见式（2）。

本研究采用计算所得的海南岛潮间带重金属背景值作为评价标准。最后计算的污染负荷指数（PLI）一般分为4个等级（见表2）。

3 环岛重金属元素污染评价

在重金属的污染评价研究方面，目前应用比较广泛的污染评价方法是地累积指数法、污染负荷指数法、潜在生态危害指数法、沉积物富集系数法。通过对海南岛环岛潮间带8种重金属元素（As、Cr、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）的含量数据分析，采用地累积指数法和污染负荷指数法对环岛表层与深层沉积物及研究区三大河流入海口进行污染评价研究[4，5]。

3.1 地累积指数法评价

3.1.1 根据其表层沉积物中重金属的测定值和地累积公式计算出的各采样点地累积指数。

①镉（Cd）、汞（Hg）在环岛潮间带的各个评价区内，总体上都没有污染。

②砷（As）仅在澄迈县总体上达到了轻度污染，在澄迈县所测的所有数据中，有43%的样点的地累积指数达到0～1，为轻度污染;有11%的样点的地累积指数为1～2，达到了偏中度污染。这些污染的点主要集中分布于澄迈湾沿岸的马村一带。其他评价区As总体上都未形成污染。

③铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）三个元素都只在儋州市、澄迈县形成了污染，其中Cu、Zn都只是形成了轻度污染;而Cr在儋州市为轻度污染，但在澄迈县却达到了偏中度污染，在澄迈县境内所测的样点中，只有11.0%的点完全未形成污染，其他89.0%的样点都存在不同程度的污染，其中25.7%的样点为轻度污染，34.3%的样点达到了偏中度污染，17.0%的样点为中度污染，另外11.0%的样点达到了重度污染。

④镍（Ni）在12个评价区内有3个评价区总体水平形成了污染，其中在儋州市为轻度污染，在测定的74个样点中，有31%的样点为无污染，其他的样点都存在不同程度的污染，这些污染点主要集中分布于儋州市的北部一带，即从洋浦港到后水湾的光村一带。在临高市境内为轻度污染，而在澄迈县达到了偏中度污染，其地累积指数为1.9，已经接近中度污染。在澄迈和临高两个评价区内的65个样点中，只有23%的样点没有形成污染，23%的样点为轻度污染，24%的样点为偏中度污染，12%的样点为中度污染，另外18%的样点达到了重度或严重污染。这些污染的点主要分布于澄迈湾沿岸。

⑤铅（Pb）在环岛潮间带中，只有在乐东县形成了轻度污染，在其他的11个评价区内总体上都未形成污染。在乐东测定的38个样点中，有34%的样点未形成污染，另外的66%的样点都为轻度污染。

总体评价结果：表层潮间带的总体污染程度比较低，污染主要集中于澄迈和临高的澄迈湾沿岸、儋州市的洋浦港。

3.1.2 根据深层沉积物中重金属的测定值和地累积公式计算出的各采样点地累积指数（见表3）。

①砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）三个元素在海南岛环岛潮间带深层中总体上都未形成污染。

②鉻（Cr）在四个县市存在污染，其中在琼海市、儋州市、临高县均为轻度污染，在澄迈县则达到了偏中度污染，在澄迈测定的7个样点中，只有1个样点未形成污染，其他的样点都存在不同程度的污染，其中有1个样点为轻度污染，4个样点达到了偏中度污染，还有1个样点达到了中度污染。

③铜（Cu）和锌（Zn）在环岛的12个评价区内中，在5个相同的县市存在污染，只是污染的程度不一样。Zn在海口市、琼海市、儋州市、临高县以及澄迈县等5个区域中都是轻度污染，而Cu的污染程度明显要比Zn高，其中在海口市和琼海市为轻度污染，在儋州市和临高县为偏中度污染，在澄迈县达到了中度污染。

④汞（Hg）在12个评价区域内，有9个区域都存在不同程度的污染，只有在文昌市、东方市和昌江县3个县市未出现污染。在存在污染的9个区域内，除了琼海市刚好达到偏中度污染之外，其他8个地区的污染都是轻度污染。

⑤镍（Ni）在12个县市中有5个区域存在污染，但在5个污染的区域中有4个不同的污染等级，在海口市和琼海市为轻度污染，在儋州市为偏中度污染，在临高县为中度污染，在澄迈县达到了偏重度污染。

总体评价结果：深层潮间带的污染水平总体比较低，但在临高县和澄迈县的污染水平比较高。污染区域：主要集中于海口市、琼海市、儋州市、临高县和澄迈县。污染元素：Hg的污染范围最为广泛，但污染程度都较轻。另外，Cu、Ni、Zn的污染范围也比较广泛（见表4）。

通过对比表层和深层潮间带的污染情况得出：潮间带表层和深层的重金属总体污染水平都比较低，产生污染的重金属元素主要是Cu、Cr、Ni、Zn。

3.1.3 通过三大河流入海口潮间带浅层和深层沉积物中重金属的测定值和地累积公式计算出的地累积指数（表5）得出：在三大河流入海口的潮间带基本上不存在重金属的污染，只有在昌化江河口的潮间带浅层中存在有铜（Cu）的轻度污染，同时在南渡江河口的潮间带深层中存在有铜（Cu）、汞（Hg）、镍（Ni）三种重金属元素的轻度污染。对于南渡江来说，其搬运的泥沙等物质主要沉积在海口湾的东北部（南渡江河口的西南部）以及南渡江东部的铺前湾，从重金属元素的含量图中可以明显地看出在铺前湾出现了重金属的富集，这可能是在南渡江潮间带表层没有形成污染的原因;对于万泉河来说，其河口是浪控型的，在河口不利于物质的堆积，这可能是造成万泉河河口潮间带没有形成污染的原因;对于昌化江而言，其河口沉积物中富含腐殖质，而腐殖质对Cu有重要的吸附作用，这可能是造成昌化江河口潮间带沉积物中Cu污染的原因。

3.2 污染负荷指数法评价

从环岛潮间带不同地区的污染负荷指数分析得出以下结论。

①在潮间带表层，海口市、万宁市、陵水县、三亚市、乐东县以及东方市的重金属总体为无污染，文昌市、琼海市、昌江县、儋州市、临高县以及澄迈县的重金属总体污染水平都为中度污染。不难发现污染的地区主要都集中于海南的北部以及东北部，而且这些污染的地区一般污染都主要集中于港口和海湾沿岸。

②在潮间带深层，海口市、琼海市、万宁市、三亚市以及儋州市的重金属总体污染水平为中度污染，临高县和澄迈县的重金属总体污染水平为强污染，其他的地区重金属总体没有污染。

③三大河流河口的潮间带表层都没有形成重金属的污染，但是其污染负荷指数的数值都已接近1，说明其已经接近中度污染;在三大河流河口的潮间带深层：万泉河和南渡江的重金属总体都已经达到了中度污染，昌化江虽还未形成污染，但是其污染负荷指数已经为0.97，也已非常接近中度污染。

④通过对比发现，三大河流河口的潮间带重金属的总体污染水平较低，深层和表层的污染程度基本一致。在潮间带深层重金属的总体污染水平比表层要高，其中临高县和澄迈县的深层潮间带的重金属总体污染水平竟达到了强污染，这有可能与潮间带重金属的强烈淋滤作用有关。

4 结语

①海南岛环岛潮间带中的重金属污染水平总体上处于一个较低的水平，但潮间带深层重金属的总体污染水平比表层要高，可能与潮间带重金属的强烈淋滤作用有关。

②环岛潮间带重金属污染区域主要集中于港口和海湾，像澄迈的澄迈湾、临高的金牌湾、文昌的清澜港和铺前湾、琼海的小海、儋州的洋浦港和后水湾都是污染比较集中的地区。在河口地区也存在污染，不过污染以点污染为主。

③通过对比，三大河流河口的潮间带重金属的总体污染水平较低，深层和表层的污染程度基本一致，潮间带表层和深层的重金属总体污染水平都比较低，产生污染的重金属元素主要是Cu、Cr、Ni、Zn。

参考文献：

[1]丁春晓，杨富贵.潮间带沉积物重金属污染的地球化学研究[J].山东理工大学学报（自然科学版），2006，20（6）：81-85.