海口湾沉积物重金属分布及生态危害研究

张家友　邢增富　任国栋　岑锐　王成

关键词：海口湾；重金属；分布特征；污染状况

中图分类号：X820 文献标志码：B

前言

海湾海底沉积物是人类活动影响海洋环境的重要监测物，具有“源和汇”的双重属性，既是污染物的最终去处，也是可能的二次污染源，是海洋环境研究的关注点。海口湾位于海口市陆域北面、琼州海峡的南部，东西长14 km，南北宽6 km，面积约42 km²，是海南最重要的海湾之一，环境状况备受关注，也开展了较多的研究。文章利用网格布点采样法系统采集的海口湾海域海底沉积物为研究对象，测试As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg等8种重金属，采用地积累指数、生态危害指数等方法评价海口湾的健康状况，以期为海口湾开发建设提供数据参考。

1材料与方法

1.1样品采集

研究区位于海口市北侧的海口湾海域，按照网格法布点进行采样，共布设19个站位，站位水深0.5 m～20 m之间，采样介质为浅层海底沉积物，使用50型抓斗采样器均匀采集表层沉积物，采样深度0 cm～20 cm，样品采集工作由广州海洋地质调查局奋斗五号调查船完成。

1.2样品测试

样品分析测试工作由武汉综合岩矿测试中心完成，Cd、Ni、Cu采用等离子体质谱仪ICP-MS测定；Cr、Pb、Zn采用X射线荧光光谱仪（XRF）测定；As、Hg采用原子荧光光谱仪（AFS）测定。

1.3评价方法

采用地质累积指数及潜在生态危害指数的分析方法对土壤中重金属的含量进行评价。有关评价方法见参考文献，主要评价参数见表1。

1.4评价标准

海底沉积物质量标准参照《中华人民共和国国家标准国家海洋沉积物（GB 18668-2002）》、《中国浅海沉积物地球化学》中相关背景值以及琼州海峡深层、浅层沉积物背景值等，见表2。

2结果与讨论

2.1海底沉积物重金属含量

海口湾沉积物重金属含量整体特征表现为As平均9.37mg/kg，标准差3.68 mg/kg，变异系数39.3%；Cd平均0.09 mg/kg，标准差0.12 mg/kg，变异系数127.8%；Cr平均51. 49 mg/kg，标准差19.10 mg/kg，变异系数37.10%；Cu平均19.12mg/kg，标准差13.55 mg/kg，变异系数70.8%；Ni平均20.65 mg/kg，标准差10.21 mg/kg，变异系数49.4%；Pb平均33.77 mg/kg，标准差17.92 mg/kg，变异系数53.1%；Zn平均70.68 mg/kg，标准差40.83 mg/kg，变异系数57.8%；Hg平均0.038 mg/kg，标准差0.023 mg/kg，变异系数59.4%。

不同站位沉积物重金属指标含量不同，但总的表现出近岸站位样品元素含量高，远岸站位沉积物元素含量较低，说明海口湾沉积物受人类活动影响较大。自1988年海南建省以来，海南省与大陆联系日益频繁，海口城市建设快速扩大，不同时期存在海洋航运、海水养殖、废水排海以及填海造陆等现象，加之基础设施建设滞后，存在重开发轻保护，人类向海域排放了一些污染物，造成海域沉积物受到一定的影响。

2.2海口湾沉积物重金属污染水平

对比国家海洋沉积物质量标准，海口湾沉积物中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn属于一类标准，Hg属于二类标准；对比中国浅海沉积物背景值，Cr、Ni低于背景值，As、Cd、Cu、Pb、Zn、Hg高于背景值8.7%～68.9%不等；对比琼州海峡深层沉积物基准值，Ni低于基准值，As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Hg高于基准值0.1%～125.0%不等；对比琼州海峡浅层沉积物基准值，As低于基准值，Ni、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Hg高于基准值5.1%～80.0%不等；对比海南岛表层土壤背景值，沉积物全部高于背景值5.6%～391%不等。

琼州海峡深层沉积物基准值是根据琼州海峡4200 km²范围内采集深层150 cm～200 cm深海底沉积物得出的一个统计数值，可以认为形成于原始状态下的自然背景值，代表琼州海峡沉积物的初始状态。琼州海峡浅层沉积物背景值是广泛采集琼州海峡0cm～20 cm沉积物基础得出的一个浅表层面的沉积物的背景值，代表其目前受人类活动、自然作用的状况。海南岛表层土壤背景值是采集海南岛范围内0cm～20 cm深度的土壤样品形成的，代表整个海南岛不同地质背景区形成的土壤的背景值。这些数据都是新近采集形成的，可以代表目前的环境状况。与这些标准相比，海口湾尽管仍属于国家一类海底沉积物的标准，还是受到强烈的重金属污染，应引起人们的重视。

2.3沉积物重金属地积累指数评价

研究选择琼州海峡深层沉积物的基准值作为参比值。海口湾沉积物重金属的地积累指数及分级如表4所示。为便于研究对比各站位沉积物的重金属综合污染程度，在数据处理过程中应用均方根指数进行分析。

从表4可以看出，海口湾19个站位中的As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg8种重金属的污染情况，只有12号站位中的Cd的Igeo为3.2、级数为4，污染达到强度级别；其他站位的各元素的Igeo、分级数均小于2，无污染或中度污染级别，污染程度较轻。综合分析海口湾沉积物重金属的地积累指数及分级，可以得出污染强度由强至弱依次为Cd> Hg> As>Cu>Zn>Pb>Zn>Cr>Ni。

2.4沉积物重金属污染潜在的生态危害分析

以琼州海峡深层沉积物的背景值，经计算，海口湾19个站位的表层沉积物重金属的生态危害综合指数见表5。

从表5可以看出，Cd、Hg两元素生态危害系数平均值分别达到70.3、76.1，均高于40达到中等危害程度，个别站位如12号Cd的Ei为424.5达到极强危害程度，Hg的Ei为192.0达到很强危害程度。

从单项重金属元素来看，海口湾沉积物中7种重金属的生态风险为Hg> Cd> As>Cu> Pb>Cr>Zn，其中以Hg和Cd生态危害程度为强，个别站位达到极强级别；As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等元素生态危害程度较弱，为轻微级别。

从综合指数来看，19个站位中10个站位的生态危害指数均大于150，危害程度达到中等程度，其中12号达到很强的危害程度，2号站位达到强的危害程度。

在站位分布上，离岸近的站位各重金属的生态危害指数高，离岸远的站位生态危害指数较低。

2.5评价结果比较与分析

2.5.1评价结果的对比

根据地积累指数法和生态危害指数法的计算结果，海口湾表层沉积物重金属元素的污染强度从强到弱排在前三的元素均为Cd、Hg、As，其他元素危害较弱；只是排列顺序略有差异，地积累指数法从强到弱顺序为Cd=Hg>As>Cu>Zn>Pb>Zn>Cr>Ni，Hakanson生态危害指数法顺序为Hg>Cd>As>Cu> Pb>Cr> Zn，总体趋势相一致。两种评价方法的参比背景值均为琼州海峡深层沉积物的基准值（背景值），这个背景值是根据琼州海峡4200 km²范围内采集深层150 cm～200 cm深海底沉积物得出的一个统计数值，该背景值认为琼州海峡长期稳定沉积形成的，反映区域海底沉积物的实际状况，受到人类活动干扰较小，可以代表琼州海峡沉积物的初始状态。地积累指数法和生态危害指数法两种方法对不同重金属的毒性、协同作用的情况不同，但反映的污染状况是一致的，说明海口湾表层沉积物中的重金属元素尤其是Cd、Hg、As受到了较大的外源输入。

2.5.2不同站位的对比

不论地积累指数法还是生态危害指数法，提示需要警示的站位一致，都是离岸线较近的站位生态风险较大，离岸线较远的站位生态风险较小。考虑琼州海峡洋流、水面利用和通航状况、近岸污染物物源输送、岸线人类活动等因素，海口湾海域受到人类活动的影响在日益增大。这与其他单位不同时间段的调查结论基本一致。

3结论

海口湾表层沉积物重金属含量为Zn>Cr>Pb>Ni>Cu> As>Cd>Hg，除Cd变异系数较高外，其它元素变异系数较低，分布较为均匀；海口湾沉积物中As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg符合国家海洋沉积物质量标准的一类标准，部分区域Cd属于二类标准，重金属含量由近岸向远岸递减的趋势。地累积指数法和生态危害指数法显示海口湾沉积物重金属为无污染清洁级、轻微危害低风险状态；表层沉积物重金属元素的污染强度以Hg和Cd生态危害程度为强，占主导地位，As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等元素生态危害程度较弱，为轻微级别；大部分区域的生态危害指数为轻微或中等程度，只有个别区域危害指数较高，达到强或很强级别。海口湾综合环境质量评价良好，但近岸海域变差的趋势明显，应引起重视。