浙南沿海沉积物中重金属污染及其潜在生态危害评价

陈星星，黄振华，吴 越，陆荣茂，叶 深，柯爱英

(浙江省海洋水产养殖研究所/浙江省近岸水域生物资源开发与保护重点实验室，浙江 温州 325005)



浙南沿海沉积物中重金属污染及其潜在生态危害评价

陈星星，黄振华，吴 越，陆荣茂，叶 深，柯爱英

(浙江省海洋水产养殖研究所/浙江省近岸水域生物资源开发与保护重点实验室，浙江 温州 325005)

测定了浙南沿海苍南霞关(CN)、洞头霓屿(DT)和乐清清江口(QJK)海域表层沉积物中重金属的含量，并采用Hakanson潜在生态危害指数法对其生态危害进行评价。结果表明，这3个地区各个站点的重金属污染状况呈现一定的相似性，Cu，Pb，Zn和Cr均属于中等污染程度；3个地区平均综合污染指数分别为6.44，7.23，6.45，属于低污染程度。3个地区的生态风险指数表现为DT(45.29)>CN(42.26)>QJK(42.16)，指数数值都小于150，属于低生态危害程度，在空间分布上，苍南霞关和乐清清江口呈现近岸高、远岸低，湾内高、湾外低的变化趋势。

浙南沿海；重金属；表层沉积物；生态危害

重金属是沉积物中最普遍的环境污染物质，可能来源于自然环境或人类活动。水体的悬浮颗粒物充当了水体中重金属迁移转化的主要载体，而海洋沉积物则成了重金属迁移转化的主要归宿。与大多数有机物不同，重金属是非降解元素型有毒物质，一般不能借助于天然过程从水生态系统中除掉，也不会因化合物结构的破坏而丧失其毒性[1]。积累在底部沉积物中的重金属，它们会再次释放进入水体，并迁移进入海水生物体，对生物体产生毒害。此外，通过生物富集和放大作用，重金属可对渔业生态系统构成严重威胁[2-4]。

Hakanson提出的生态风险指数法不仅反映了某一特定环境下沉积物中各种污染物对环境的影响，反映了环境中多种污染物的综合效应，而且用定量方法划分出了潜在生态风险程度，现已发展成为沉积物质量评价中应用最为广泛的方法之一[5-8]。

本研究以浙南沿海(苍南霞关、洞头霓屿、乐清清江口)表层沉积物为研究对象，对其中的重金属元素Cu，Pd，Cd，Zn，Cr，Hg和As等的分布状况及富集特征进行研究，并采用Hakanson所提出的生态风险指数法对重金属的危害程度进行评价，以期为浙南沿海环境质量的综合评价及污染治理等提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

试验用到的主要仪器包括：AA-240FS原子吸收光谱仪，美国瓦里安公司；AFS9800原子荧光光谱仪，北京海光仪器公司；ETHOS1微波消解仪，意大利麦尔斯通公司。

主要试剂包括：浓硝酸和浓盐酸(优级纯)，购自国药集团化学试剂有限公司；Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg和As标准储备液(1 000 mg·L-1)，上海安谱科学仪器有限公司；去离子水。

1.2 样品采集

沉积物样品于2014年10月分别自苍南霞关、洞头霓屿、乐清清江口采集，样品数量分别为9，9，11个。采样站位分布如图1所示。采回的底泥样品在通风干燥处自然风干，再用研钵磨碎，过160目筛，用样品袋封存备测。处理方法均按照GB 17378.3—2007[9]海洋监测规范第3部分中的相关规定执行。

1.3 试验方法

对所采集的表层沉积物样品，分别测定Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg和As的质量浓度。其中，Cu，Pb，Zn参照GB 17378.5—2007，用火焰原子吸收分光光度法测定，检出限分别为2.0，3.0，6.0 mg·kg-1；Hg和As参照GB 17378.5—2007，用原子荧光法测定，检出限分别为0.002和0.6 mg·kg-1；Cd参照GB 17378.5—2007，用无火焰原子吸收分光光度法测定，检出限为0.04 mg·kg-1；Cr参照HJ 491—2007[10]，用无火焰原子吸收分光光度法测定，检出限为2.00 mg·kg-1；

图1 采样站位示意图Fig.1 Schematic diagram of sampling stations

1.4 沉积物中重金属评价

采用Hakanson提出的生态风险指数法[11]。其中，单个污染物污染指数的计算公式为：

(1)

为了定量地表达水域中单个污染物的潜在生态风险，定义潜在风险参数为：

(2)

评价指标数值污染程度或生态危害程度等级Cif<1低Ⅰ1～3中等Ⅱ3～6重Ⅲ≥6严重ⅣCd<8低Ⅰ8～16中等Ⅱ16～32重Ⅲ≥32严重ⅣEir<40低Ⅰ40～80中等Ⅱ80～160较重Ⅲ160～320重Ⅳ≥320严重ⅤRI<150低Ⅰ150～300中等Ⅱ300～600重Ⅲ≥600严重Ⅳ

2 结果与分析

2.1 沉积物污染现状分析

采用单个污染物污染指数法，对苍南、洞头、乐清沉积物中的污染要素进行分析和评价。苍南霞关、洞头霓屿和乐清清江口各种重金属在沉积物中的含量及富集系数分别如表2、表3、表4所示。可以发现，这3个地区各个站点的沉积物重金属分布现况呈现一定的相似性，即Cu，Pb，Zn，Cr含量均高于Hakanson提出的全球工业化前沉积物中相应污染物的背景值，说明这3个地区的沉积物已经遭到了一定程度的污染。

由表2可见，苍南站点Pb的富集系数最高，平均富集系数1.38，其他依次是Cr>Zn>Cu>As>Hg>Cd。由表3可见，洞头站点平均富集系数从大到小依次为Cr>Zn>Pb>Cu>As>Hg>Cd；同样由表5可知，乐清清江口站点平均富集系数从大到小依次为Cr>Pb>Cu>Zn>As>Hg>Cd。

以现代工业化前沉积物中重金属最高背景值为参照，苍南霞关、洞头霓屿和乐清清江口表层沉积物中As，Hg，Cd的平均污染指数均小于1，属于低污染程度。需要加以关注的是3个地区的Cu，Pb，Zn，Cr，其平均污染指数均大于1，属于中等污染程度。其中，Cu在所有29个站点中，仅在苍南CN7(0.86)是小于1的；Pb在所有29个站点中均大于1；Zn在所有29个站点中，仅在乐清QJK9(0.99)小于1，但也接近1；Cr在所有29个站点中，仅在乐清QJK10(0.98)小于1。浙南3个地区海域沉积物中几乎均存在不同程度的Cu，Pb，Zn，Cr污染，表明这4项重金属是浙南沿海沉积物最具环境风险的污染因子。

总体来看，苍南霞关、洞头霓屿和乐清清江口的平均综合污染指数分别为6.44，7.23，6.45，虽然尚属于低污染程度，但也是几乎接近8了，尤其是洞头海域。因此，对浙南海域的生态环境健康需引起高度重视，尤其对沉积物中Cu，Pb，Zn，Cr污染，要查找源头，加以有效管理和控制。

2.2 重金属的潜在生态危害评价

从表5可见，苍南霞关各个站点间污染呈现近岸高、远岸低，湾内高、湾外低的变化趋势。分析其原因，站点CN1，CN6污染程度相对较高是受陆源性河口输入影响，并且湾内水质交换周期相对湾外要长些，从CN9>CN8>CN7更能佐证近岸高、远岸低，湾内高、湾外低的变化趋势，这3个站点都是位于湾外，但CN8和CN7都比CN9要远离近岸，受污染影响也就较轻。

表2 苍南表层沉积物中重金属的质量浓度及富集系数

Table 2 Contents and accumulation coefficients of heavy metals in surface sediment in Cangnan

调查站位CrCuPbZnCdAsHg质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数CN189.191.4935.251.1737.251.4991.231.140.080.1614.730.980.0890.36CN278.151.3033.601.1236.001.44110.281.380.080.1613.320.890.0740.30CN370.261.1739.811.3334.911.40102.661.280.090.1712.490.830.0790.32CN475.961.2737.131.2431.911.2896.361.200.080.1611.160.740.0850.34CN579.981.3337.261.2440.381.62128.461.610.070.1411.800.790.0800.32CN6106.361.7741.231.3740.911.64108.591.360.080.1612.640.840.0820.33CN762.741.0525.770.8626.921.0879.901.000.040.0810.240.680.0810.33CN883.211.3932.831.0929.251.1789.671.120.070.1413.220.880.0740.30CN970.001.1733.381.1133.331.3399.331.240.080.1613.130.880.0760.30均值79.541.3335.141.1734.541.38100.721.260.070.1512.520.830.0800.32综合指数6.44

表3 洞头表层沉积物中重金属的质量浓度及富集系数

Table 3 Contents and accumulation coefficients of heavy metals in surface sediment in Dongtou

调查站位CrCuPbZnCdAsHg质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数DT1116.851.9539.601.3234.001.36124.271.550.070.1511.360.760.0720.29DT2115.071.9241.421.3835.291.41116.011.450.070.1411.370.760.0760.30DT386.671.4441.251.3837.961.52119.691.500.100.2011.690.780.0730.29DT485.881.4337.011.2333.331.33111.691.400.090.1811.620.770.0690.27DT586.321.4438.071.2730.191.2196.211.200.110.2111.420.760.0730.29DT664.031.0743.441.4540.571.62122.281.530.110.2112.510.830.0830.33DT7105.991.7748.831.6335.711.43122.351.530.110.2113.300.890.0860.35DT883.101.3943.851.4640.001.60125.981.570.100.2012.960.860.0870.35DT9105.971.7746.941.5640.741.63120.821.510.110.2213.760.920.0830.33均值94.431.5742.271.4136.421.46117.701.470.100.1912.220.810.0780.31综合指数7.23

表4 乐清表层沉积物中重金属的质量浓度及富集系数

Table 4 Contents and accumulation coefficients of heavy metals in surface sediment in Yueqing

调查站位CrCuPbZnCdAsHg质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数质量浓度/(mg·kg-1)富集系数QJK198.991.6551.321.7138.681.55112.141.400.110.2113.860.920.0830.33QJK295.441.5948.431.6137.251.49127.001.590.100.2114.300.950.0780.31QJK381.531.3643.561.4530.561.2299.691.250.070.1412.740.850.0770.31QJK481.551.3635.471.1835.591.4299.591.240.070.1413.530.900.0800.32QJK575.971.2741.201.3728.701.1584.281.050.090.1813.920.930.0800.32QJK670.631.1841.091.3736.461.46109.051.360.070.1313.480.900.0760.30QJK781.681.3631.411.0527.171.0988.551.110.080.1712.800.850.0660.26QJK891.841.5337.341.2431.911.2893.811.170.090.1713.420.890.0720.29QJK989.851.5037.451.2528.431.1478.870.990.060.1214.630.980.0740.30QJK1058.610.9831.301.0431.521.26105.851.320.070.1413.840.920.0730.29QJK1190.721.5143.401.4537.231.49120.811.510.080.1612.230.820.0800.32均值80.261.3438.031.2731.951.2897.831.220.080.1513.400.890.0750.30综合指数6.45

表5 苍南表层沉积物中各重金属的潜在风险参数及综合潜在风险参数

调查站位EirCrCuPbZnCdAsHgRICN12.975.877.451.144.739.8214.3046.28CN22.615.607.201.384.818.8811.8242.30CN32.346.646.981.285.198.3212.6843.44CN42.536.196.381.204.847.4413.6742.25CN52.676.218.081.614.187.8712.8343.43CN63.556.878.181.364.678.4313.1546.20CN72.094.295.381.002.346.8213.0334.96CN82.775.475.851.124.208.8111.9040.13CN92.335.566.671.244.718.7512.0941.36均值2.655.866.911.264.418.3512.8342.26

表6 洞头表层沉积物中各重金属的潜在风险参数及综合潜在风险参数

调查站位EirCrCuPbZnCdAsHgRIDT13.906.606.801.554.407.5711.5742.38DT23.846.907.061.454.077.5812.1043.01DT32.896.887.591.505.887.7911.7144.23DT42.866.176.671.405.307.7410.9741.11DT52.886.346.041.206.387.6211.7142.17DT62.137.248.111.536.328.3413.3347.01DT73.538.147.141.536.368.8613.8249.39DT82.777.318.001.575.958.6413.9248.16DT93.537.828.151.516.649.1713.3550.17均值3.157.047.281.475.708.1512.5045.29

从表6可知，洞头霓屿各个站点潜在生态风险指数并没有像苍南霞关一样呈现近岸高、远岸低的变化趋势。分析其原因，在采样点的西边是正在实施的工程——浅滩一期围垦和浅滩二期围垦，阻挡了南北海水的流通，这就使得该区域的海水更新周期更长，因此各个站点间的数据呈现一定的无序性。纵向比较采样3个地区的平均生态风险指数来看，DT(45.29)>CN(42.26)>QJK(42.16)，洞头海域该指数也是最高的。在采样时候碰到紫菜养殖户，养殖户也反映由于水质变差，紫菜的生长状况不是很乐观，这与本研究的结果基本一致。

从表7可知，乐清清江口各个站点潜在生态风险指数呈现近岸高、远岸低的变化趋势。分析其原因，站点QJK1，QJK2污染程度较高是受陆源性河口输入影响。在现场采样时发现，站点QJK2到小横床岛之间这一地带已经被淤泥淤积，在没有大潮水的情况下基本上阻断了与东边站点QJK11，QJK10海域水质的交换，因此导致QJK11，QJK5，QJK4，QJK6，QJK8，QJK3，QJK9的受污染程度较为接近。而QJK7相对远离近岸，水域较深，即使有污染也能得到扩散，所以潜在生态风险指数相对较小。

表7 乐清表层沉积物中各重金属的潜在风险参数及综合潜在风险参数

调查站位EirCrCuPbZnCdAsHgRIQJK13.308.557.741.406.379.2413.2949.88QJK23.188.077.451.596.259.5312.4948.57QJK32.727.266.111.254.258.4912.3842.47QJK42.725.917.121.244.339.0212.7543.09QJK52.536.875.741.055.539.2812.8343.83QJK62.356.857.291.363.958.9912.1842.97QJK72.725.245.431.115.058.5410.5738.66QJK83.066.226.381.175.198.9511.5142.49QJK93.006.245.690.993.589.7511.8141.06QJK101.955.226.301.324.289.2311.6039.90QJK113.027.237.451.514.778.1512.8244.96均值2.686.346.391.224.558.9312.0542.16

3 小结

本研究发现，苍南霞关、洞头霓屿和乐清清江口各个站点Cu，Pb，Zn，Cr的平均单因子污染指数均大于1，属于中等污染程度；但整体来看，3 个地区的平均综合污染指数分别为6.44，7.23，6.45，尚属于低污染程度。苍南霞关、洞头霓屿和乐清清江口的生态风险指数都小于150，属于低生态危害程度，其中，苍南霞关和乐清清江口的生态风险指数在空间分布上呈现近岸高、远岸低，湾内高、湾外低的变化趋势。

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(责任编辑 高 峻)

Ecological risk of heavy metals in surface sediment in coastal areas in southern Zhejiang

CHEN Xing-xing， HUANG Zhen-hua， WU Yue， LU Rong-mao， YE Shen， KE Ai-ying*

(ZhejiangMaricultureResearchInstitute，ZhejiangKeyLaboratoryofExploitationandPreservationofCoastalBio-resource，Wenzhou325005，China)

The contents of heavy metals in surface sediment in coastal areas in southern Zhejiang were analyzed， and the ecological risk of heavy metals were assessed by Hakanson potential ecological risk index method and coefficient of contaminates. It was shown that the situations of heavy metals pollution of each sampling site in the three areas were similar. The contamination status of Cu， Pb， Zn and Cr reached medium level. The average comprehensive pollution index of the three areas was 6.44， 7.23 and 6.45， respectively， which belonged to the low pollution level. The ecological risk index of the three areas decreased as DT(45.29)>CN(42.26)>QJK (42.16)， which were all below 150 and exhibited low ecological risk. For spatial distribution， the pollution level reduced by degrees with the distance far away from the coast in CN and QJK.

coastal areas in southern Zhejiang; heavy metals; surface sediment; ecological risk

http://www.zjnyxb.cn

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.01.23

2015-03-20

浙江省科技计划项目(2013C32059)；温州市招标项目(DHCG20140903)；临港工业开发背景下乐清湾海水增养殖区的环境监测和生态养护(浙海渔计[2012]100号)

陈星星(1988—)，男，浙江台州人，本科，助理工程师，主要研究方向为水产品质检与营养分析。E-mail：363316091@qq.com

*通信作者，柯爱英，E-mail：982634360@qq.com

X55; S154.1

A

1004-1524(2016)01-0139-06

浙江农业学报ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2016，28(1):139-144

陈星星，黄振华，吴越，等.浙南沿海沉积物中重金属污染及其潜在生态危害评价[J].浙江农业学报，2016，28(1)：139-144.