闽江口表层沉积物重金属分布及其潜在生态风险评价

王伟力　林彩　刘洋等

关键词：闽江口;表层沉积物;重金属;生态风险;陆源污染

中图分类号：P736.4+1;P76;X55 文献标志码：A 文章编号：1005-9857（2022）02-0100-07

0引言

重金属作为持久性污染物具有难降解、生物毒性大和易累积等特点[1-2]。重金属可通过排污、径流和大气沉降等途径进入海洋，在海水中通过吸附、络合和共沉淀等作用进入沉积物[3-4]，对海洋生物生存和海洋环境健康具有潜在危害[5];沉积物中的重金属受到环境理化条件改变的影响，会以扩散和离子交换等方式重新进入海水，造成海洋环境的二次污染[6-7]。沉积物在重金属的迁移和转化过程中同时发挥“源”和“汇”的作用[8]，因此评价沉积物中重金属的含量、来源和潜在危害是近年来的研究热点之一[9-15]。

闽江是我国东南沿海最大的河流，是福建重要的饮用水源地之一，对福建经济的发展具有重要意义[16]。闽江全长为577km，主要支流包括富屯溪、建溪、尤溪、古田溪和大樟溪[17-18]。闽江口属于正规半日潮型强潮河口，其受琅岐岛之阻在亭江分为梅花水道（南支）和长门水道（北支），主流长门水道出金牌门后被海岛分为乌猪水道、熨斗水道、川石水道和壶江水道，其中川石水道为主航道[19]。随着闽江流域社会经济的不断发展，大量污染物由闽江东流入海，给闽江口周边海域的生态环境造成巨大压力[18]。因此，研究闽江口表层沉积物重金属分布及其潜在生态风险对闽江流域的环境治理具有重要意义，可为闽江口的污染控制和管理提供一定的技术支持。

1材料与方法

1.1样品采集

本研究于2012年11月在闽江口布设14个表层沉积物采样站位（图1），利用蚌式采泥器采集表层沉积物样品（0～2cm），以塑料勺刮取中央未受干扰的表层样品，样品采集后置于聚乙烯密封袋并放入便携式冰箱，在最短时间内运回实验室。

1.2样品和数据处理

取适量样品，经60℃烘干、去除杂质和研磨过筛（200目）后用于重金属分析。其中，硫化物采用碘量法测定;有机碳（TOC）采用重铬酸钾氧化-还原容量法测定;重金属元素铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）和铬（Cr）经硝酸-高氯酸消解后采用原子吸收分光光度计（耶拿Zeenit 600）测定，汞（Hg）和砷（As）采用原子荧光光度计（北京吉天AF-640）测定，具体分析方法参照相关国家标准[20]。在表层沉积物重金属的消解过程中，采用近海海洋沉积物标准物质（GBW07314，自然资源部第二海洋研究所）全程监控并进行平行样测定，所用标准物质的回收率为85%～115%。

采用Excel 2010软件进行数据统计处理，采用Spss19.0软件进行相关性分析和主成分分析，采用Surfer 13.0软件绘制重金属平面分布图。

2结果与讨论

2.1闽江口表层沉积物重金属分布

闽江口表层沉积物重金属的站位分布和分布特征如表1和表2所示。

由表1可以看出：TOC的变化范围为0.01%～1.54%，平均值为0.45%;硫化物的变化范围为15.7～108.4mg/kg，平均值为34.4mg/kg;Cu的变化范围为2.1～33.1mg/kg，平均值为11.3mg/kg;Pb的变化范围为9.6～57.3mg/kg，平均值为27.9mg/kg;Zn的变化范围为37.4～161.0 mg/kg，平均值为72.2mg/kg;Cd的变化范围为0.017～0.277mg/kg，平均值为0.063 mg/kg;Cr的变化范围为1.3～49.1mg/kg，平均值为13.9mg/kg;Hg的变化范围为0.029～0.204mg/kg，平均值为0.091mg/kg;As的变化范围为2.7～13.9mg/kg，平均值为6.8mg/kg。由表2可以看出：根据富集系数，Cu、Pb、Zn和Cr的含量低于背景值，而Cd、Hg和As的含量略高于背景值;所有重金属的变异系数均超过30%，表明不同站位的重金属含量差异显著。此外，根据第一类海洋沉积物质量标准[22]，Zn在站位7的含量超过阈值，Hg在站位7和站位8的含量超过阈值，其他重金属在各站位的含量均不超过阈值。

在具体分布方面，Cu含量的最高值出现在琅岐岛南部的站位2，高值区位于琅岐岛的东部和南部，粗芦岛和川石岛周边的含量较低;Pb含量的最高值出现在站位14;Zn含量的最高值出现在站位7，高值区主要位于琅岐岛的南部和东部;Cd含量的最高值出现在琅岐岛南部的站位2，粗芦岛和川石岛周边的含量较低;Cr含量的最高值出现在站位8，高值区位于琅岐岛的東南部;Hg和As含量的高值区均位于琅岐岛东南部的站位7和站位8。TOC、Cu、Zn、Cr、Hg和As在梅花水道的含量明显高于长门水道和川石水道，主要是由于川石水道为主航道而长门水道为主流，且长门水道和梅花水道的分流比为7∶3[23]，梅花水道流速较小，并在琅岐岛东南部形成大面积的潮坪区，导致重金属易在此处沉降并进入表层沉积物。

本研究的闽江口表层沉积物重金属元素含量与其他调查时期和区域的对比如表3所示。

由表3可以看出：①与1995年的闽江口相比，本研究数据除Hg含量略高外，其他元素含量均较低，这与林祥[18]的研究结果相似，表明闽江口重金属的入海量下降。②与福建土壤（背景值）和中国浅海相比，本研究数据Cu和Cr含量均较低，Pb、Zn、Cd和As含量处于二者之间，而Hg含量分别约为福建土壤（背景值）和中国浅海的1.12倍和3.64倍。③与国内主要河口相比，本研究数据Hg含量高于九龙江口但低于长江口，其他元素含量均较低;长江口和珠江口分别位于长三角和珠三角地区，均是我国经济最发达的地区，沿岸城市污水和生活污水大量排放，污染较为严重[31-32];九龙江流经厦门、漳州和龙岩地区，均是福建经济最发达的地区。④与国外河口（海湾）相比，本研究数据Cu、Cd、Cr和Hg含量均较低，Pb和As含量均较高，Zn含量低于Deception Bay 和Izmir Bay 但高于PersianGulf。

2.2闽江口表层沉积物重金属的相关性

闽江口表层沉积物重金属的相关性如表4所示。

由表4可以看出：除Pb外，TOC与其他重金属元素均具有显著的正相关性，表明TOC 是影响这些重金属元素分布的主要因素;硫化物与Cr具有显著的正相关性，表明Cr的分布同时受到硫化物的影响;TOC和硫化物与Pb的相关性均不显著，表明Pb的分布受其他因素的影响。

2.3金属的来源

本研究采用主成分分析法分析闽江口表层沉积物不同来源的重金属占比，分析结果如图2所示。

第一主成分的贡献率为74.801%。除Pb外，因子变量在其他重金属上的载荷均超过0.7，相关性分析也表明Cu、Zn、Cd、Cr、Hg和As之间的正相关性较高，表明这些重金属元素具有相似的来源，同时表明表征第一主成分的影响因素主要是有机质和沉积环境。随着有机质的降解，重金属元素的迁移和转化过程发生变化，有机质上的络合金属离子会被释放出来，成为表层沉积物重金属元素的来源，同时重金属元素的吸附和解吸过程还受到沉积环境的影响[14，33]。第二主成分的贡献率为10.166%，因子变量在Pb上的载荷均超过0.5，Pb主要来源于工业污水排放，表明第二主成分受到工业排污的影响。

3潜在生态风险评价

本研究采用Hakanson指数法[34]评价闽江口表层沉积物重金属的潜在生态风险。该方法通过单个重金属元素的污染系数得出该元素的潜在生态风险因子，从而评价其潜在生态风险，具有快速和简便等特征，被广泛应用于重金属污染评价[35-39]。

Hakanson指数法基于重金属元素的含量、数量、毒性和敏感性等，计算潜在生态风险指数，计算公式为：

本研究采用福建土壤的背景值[21]作为重金属元素的背景值（表5），根据潜在生态风险因子和指数评价潜在生态风险程度（表6）。

闽江口表层沉积物重金属潜在生态风险的评价结果如表7所示。

从单个重金属元素来看，Cu、Pb、Zn、Cr和As表现为低风险程度，而Cd和Hg表现为低风险至较高风险程度。其中，Cd 的低风险程度占比为71.43%，中风险程度占比为21.43%，较高风险程度占比为7.14%;Hg的低风险程度占比为71.43%，较高风险程度占比为28.57%。因此，Cd和Hg为闽江口表层沉积物的主要潜在生态风险重金属元素，须加强对Cd和Hg的风险监控。

闽江口表层沉积物重金属的整体潜在生态风险指数为41.38～265.09，平均值为99.73，中位值为57.33。其中，低风险程度占比为71.43%，中风险程度占比为28.57%;琅岐岛的东部和南部为中风险区，琅岐岛的北部和东北部以及川石水道外侧为低风险区（图3）。

4结语

本研究基于闽江口14个采样站位的实测数据，综合运用相关性分析、主成分分析和潜在生态风险指数等方法，系統评价闽江口表层沉积物重金属分布及其潜在生态风险。闽江口表层沉积物重金属含量差异显著，除个别站位的Zn和Hg外，其他重金属含量均符合第一类海洋沉积物质量标准;影响重金属元素分布的主要因素是有机质、沉积环境和工业排污;Cd和Hg为主要潜在生态风险重金属元素，达到较高风险程度，须加强风险监控;琅岐岛的东部和南部为中风险区，琅岐岛的北部和东北部以及川石水道外侧为低风险区，低风险程度和中风险程度占比分别为71.43%和28.57%。