长江口及邻近海域夏季表层沉积物中重金属等的分布、来源与沉积物环境质量

何松琴 , 宋金明 , 李学刚 , 刘志刚

(1. 浙江省舟山海洋生态环境监测站, 浙江 舟山 316000; 2. 中国科学院 海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室, 山东 青岛266071; 3. 浙江省舟山市海洋与渔业局, 浙江 舟山 316000)

长江口及邻近海域夏季表层沉积物中重金属等的分布、来源与沉积物环境质量

何松琴1, 宋金明2, 李学刚2, 刘志刚3

(1. 浙江省舟山海洋生态环境监测站, 浙江 舟山 316000; 2. 中国科学院 海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室, 山东 青岛266071; 3. 浙江省舟山市海洋与渔业局, 浙江 舟山 316000)

通过现场调查研究报道了长江口及邻近海域表层沉积物中重金属、有机碳、石油类、硫化物以及氮磷的分布、来源以及沉积物环境质量。结果显示, 长江口及邻近海域表层沉积物中重金属、有机碳、石油类、硫化物以及氮磷的分布很不均匀, 除硫化物外, 重金属、有机碳、石油类以及氮磷基本呈现长江口和杭州湾东北近岸的上海外海出现高值, 其他区域浓度较低。硫化物在长江口外、杭州湾西部以及舟山群岛东南海域出现高值, 与这一区域低氧区的分布基本一致。长江口及邻近海域表层沉积物中重金属、有机碳、石油类、硫化物以及氮磷主要来自于长江及陆源排污, 长江等河流的输入占绝对优势, 且影响这一整体海域, 陆源排污主要影响排污的近岸区域。单因子评价的结果显示, 长江口及邻近海域表层沉积物各项评价指标均符合国家一类沉积物质量标准, 调查海域表层沉积物质量优良。

重金属; 分布; 来源; 表层沉积物; 长江口及邻近海域

海洋沉积物记录了物质来源和环境演变的讯息,剖析沉积物的地球化学特征是获取这些讯息的基础,所以, 研究海洋沉积物地球化学特征历来受到科学家们的重视[1-6]。近年来, 长江口及邻近海域由于受人类活动影响, 水体明显富营养化, 生态环境有恶化的趋势[7], 研究这一海域沉积物的地球化学特征对探讨长江径流物质的输运规律与人为影响下河口的生物地球化学过程具有重要的科学价值。尽管这一海域有关沉积物化学特征已有不少的研究报道[8-10], 但由于长江源源不断大量输入物的沉积和研究关注点的不同, 基于现场调查研究探讨长江口及邻近海域沉积物中的地球化学参数的分布特征及其变化规律仍有现实的科学意义。

本文利用2005年夏季长江口及邻近海域表层沉积物调查资料, 研究了表层沉积物中重金属、有机碳、石油类、硫化物以及氮磷的分布特征, 初步分析了沉积物中这些组分的来源, 用现行的我国海洋沉积物环境质量标准评价了沉积物质量。

1 采样与分析

1.1 样品的采集

于2005年7月5～13日乘“浙海环监”号海洋调查船, 在 32°00′～29°30′N, 123°E 以西 38 040 平方千米海域调查内设49个站, 用DAY型抓斗式采集器采集表层沉积物, 采样站位见图1。表层沉积物样品按《国家海洋调查规范》进行保存与处理。

1.2 样品的分析测定

表层沉积物中的Cu、Zn用火焰原子吸收法测定,相对误差分别为-0.36%和-1.2%; Pb、Cd用无石墨炉火焰原子吸收法测定, 相对误差分别为-0.78%和-4.7%; As、Hg用原子荧光法测定, 相对误差分别为-3.0%和 2.1%; 有机碳用重铬酸钾氧化-亚铁容量法测定, 相对误差分别为-4.2%; 石油类用荧光分光光度法测定, 平行样相对偏差 0～9.1%; 硫化物用亚甲基兰分光光度法测定, 平行样相对偏差 0～5.4%; 总氮、总磷用过硫酸钾氧化后分别用铜镉还原柱还原萘乙二胺分光光度法和磷钼蓝法测定, 平行样相对偏差分别为0.5%～6.9%和0.1%～7.6%。

图1 长江口及邻近海域表层沉积物采样站位Fig. 1 Sampling sites of the surface sediments in the Changjiang estuarine and its adjacent regions

2 结果与讨论

2.1 表层沉积物中重金属、有机碳、石油类、硫化物以及氮磷的分布特征

2.1.1 重金属的分布特征

图2是长江口及邻近海域表层沉积物中重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的平面分布图。从图中可见 Cu浓度范围为 5.1～34.4 mg/kg, 均值 23.4 mg/kg。最高值出现在长江口14号站, 最低值出现在南通以东的长江口北支入海口的 6号站, 在长江口南汇咀外、杭州湾北部区域及岱衢洋东部海域存在30 mg/kg的相对高值区, 而在南通以东的长江口北支入海口有一个10 mg/kg相对低值区。

Pb浓度范围为 11.6～34.8 mg/kg, 均值 19.3 mg/kg。最高值出现在长江口南支入海口东北部的 2号站, 最低值出现在定海东南部的 42号站, 在长江口北支出海口东部、杭州湾北部区域存在相对高值区, 在定海东部海域沉积物中铅的含量相对较低。

Zn浓度范围为 40.1～90.4 mg/kg, 均值 72.0 mg/kg。最高值出现在杭州湾北部20号站, 最低值出现在南通以东的长江口北支入海口 6号站, 在杭州湾北部区域及岱衢洋东部海域存在90 mg/kg的相对高值区, 在南通以东的长江口北支入海口存在一个50 mg/kg的相对低值区。对沉积物中铜与锌的线性相关分析表明, 在调查海域沉积物中铜与锌具有明显的线性相关, 显著性水平大于 99.9 %(P＜0.001),这一海域沉积物中铜与锌的来源及参与的早期成岩过程相近[1]。

Cd浓度范围为＜0.040～0.285 mg/kg, 均值0.130 mg/kg。最高值出现在长江口南支入海口的10号站,最低值出现在长江口北支入海口的 6号站, 在长江口北支入海口以及杭州湾北部区域存在相对的高值区域, 在长江口北支入海口存在一个低值区域, 在调查海域的东部沉积物中镉的含量相对较低。

图2 表层沉积物中铜、铅、锌、镉、汞和砷(mg/kg)平面分布Fig. 2 Distributions of Cu, Pb, Zn, Cd, Hg and As in the surface sediments

Hg浓度范围为 0.011～0.184 mg/kg, 均值 0.064 mg/kg。最高值出现在杭州湾北部24号站, 最低值出现在长江口北支入海口东部的 5号站, 在杭州湾北部区域存在一个0.17 mg/kg 高值区域, 其余调查海域的沉积物中汞的含量相对较低。

As浓度范围为 5.78～13.2 mg/kg, 均值 9.87 mg/kg。最高值出现在33号站, 最低值出现在杭州湾内的26号站, 在长江口南汇咀外、杭州湾北部区域、岱衢洋东部海域以及南通以东的长江口北支入海口存在12 mg/kg的相对高值区, 在舟山本岛北部海域存在一个8 mg/kg的相对低值区。

2.1.2 有机碳、石油类、硫化物的分布特征

有机碳、石油类、硫化物平面分布如图3所示。有机碳范围为 0.018%～0.720%, 均值 0.428%。最高值出现在定海东北部28号站, 最低值出现在长江口北支入海口6号站。有机碳含量呈现南北分布, 在南北走向的中部区域, 杭州湾及其湾口东部区域沉积物中有机碳含量相对较高, 在调查海域的北部和东南部区域沉积物中有机碳的含量相对较低, 在长江口有一个低值区域。

图3 表层沉积物中有机碳(%)、石油类、硫化物(mg/kg)平面分布Fig. 3 Distributions of OC(%), oils and sulfides in the surface sediments

石油类范围为＜2.0～16.0 mg/kg, 均值4.0 mg/kg。最高值出现在长江口南支入海口14号站, 有7个站位未检出, 调查海域沉积物中石油类含量均较低,在长江口南支入海口石油类含量出现14.0 mg/kg高值区, 长江口北支入海口海域为一低值区。

硫化物范围为＜0.3～56.7 mg/kg, 均值8.6 mg/kg。最高值出现在定海东南部40号站, 有10个站位未检出, 在长江口北支入海口、杭州湾西部以及定海东南部沉积物中硫化物的含量有 3个高值区, 在杭州湾东北部及湾口东部出现一个低值区域, 硫化物的分布趋势与这一海域低氧区的分布基本一致[2]。

2.1.3 氮、磷的分布特征

总氮范围为 26.4～298.0 mg/kg, 均值 154.4 mg/kg(图 4)。最高值出现在长江口北支入海口东北部1号站, 最低值出现在长江口北支入海口东部5号站, 在长江口北支入海口东北部、杭州湾西部以及定海东南部和调查海域东边中部地区沉积物中总氮含量有 4个高值区, 在长江口北支入海口出现一个低值区域。

总磷范围为2.45～27.8 mg/kg, 均值12.6 mg/kg。最高值出现在长江口北支入海口 6号站, 最低值出现在长江口南支入海口 9号站, 在长江口北支入海口沉积物中总磷的含量有一个 26 mg/kg的高值区,在长江口南支入海口南部出现一个低值区域。沉积物中氮磷的分布反映了它们供给源的大体情况[1-2]。

2.2 沉积物中重金属、有机碳、石油类、硫化物以及氮磷的来源

长江口及邻近海域沉积物中的重金属、有机碳、石油类、硫化物以及氮磷主要来自于陆源污染的输入, 包括两大途径, 即这一区域的直排海污染源和以长江为主的河流输入[1-2,11]。

2.2.1 来自直排海污染源

长江口及邻近海域有大量的直排入海排污口,每年排入的污水量达 100多万吨, 这其中含有的氮和磷就达20000多吨和1000多吨, 排放口中工业源的数量占 4/5, 但来自直排海污染源的主要污染物来自综合排污源, 这些污染物入海后有相当部分沉降至底部, 对沉积物中的重金属、有机碳、石油类、硫化物以及氮磷产生贡献。

2.2.2 来自以长江为主的河流输入

入海河流带入的大量污染物质是长江口及邻近海域沉积物污染组分的最重要来源。长江口及邻近海域入海河流流量可达1 000亿m3/a, 带入的氮和磷就达200多万吨和20万吨, 这一区域长江和钱塘江分别占区域总河流流量的 96.4%和 3.2%, 这两条河流带入的污染物质也占了总河流输入的绝大部分,如输入的氮磷长江分别占93.4%和98.0%, 钱塘江分别占4.7%和1.3%。河流带入的这些物质据初步估算,约 5%～10%沉降进入沉积物, 对沉积物的地球化学特征产生影响[2,12]。

2.3 长江口及邻近海域沉积物的环境质量

评价因子选取铜、铅、锌、镉、汞、砷、有机碳、石油类和硫化物共9项, 采用《海洋沉积物质量》(GB18668-2002)单因子评价标准, 即该站位任一指标测值超过第一类质量标准的, 即为第二类沉积物质量, 超过第二类质量标准的即为第三类沉积物质量, 超过第三类质量标准的, 即为劣三类沉积物质量。平均值和超标率数据统计以样品数为计算单元。评价区域整体沉积物质量状况时, 按等级划分分别表征为沉积物质量优良、一般、差、极差四级。

评价结果是调查海域中沉积物各项评价指标无一超标, 均符合国家一类沉积物质量标准。表明调查海域表层沉积物质量良好, 沉积物质量为优良。

图4 沉积物中总氮和总磷(mg/kg)平面分布Fig. 4 Distributions of TN and TP in the surface sediments

3 结论

通过对长江口及邻近海域表层沉积物中重金属、有机碳、石油类、硫化物以及氮磷的研究, 获得了以下的主要结论：

1) 长江口及邻近海域表层沉积物中重金属、有机碳、石油类、硫化物以及氮磷的分布很不均匀, 除硫化物外, 重金属、有机碳、石油类以及氮磷基本呈现长江口和杭州湾东北近岸的上海外海出现高值,其他区域浓度较低。硫化物呈现长江口外、杭州湾西部以及舟山群岛东南海域出现高值, 与这一区域低氧区的分布基本一致。

2) 长江口及邻近海域表层沉积物中重金属、有机碳、石油类、硫化物以及氮磷主要来自于的长江及陆源排污, 长江等河流的输入占绝对优势, 且影响这一整体海域, 陆源排污主要影响排污的近岸区域。

3) 单因子评价的结果显示, 长江口及邻近海域表层沉积物各项评价指标均符合国家一类沉积物质量标准, 调查海域表层沉积物质量优良。

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Distribution, source of heavy metals in the surface sediments and sediment quality of the Changjiang Estuarine and its adjacent regions

HE Song-qin1, SONG Jin-ming2, LI Xue-gang2, LIU Zhi-gang3
(1. Zhoushan Marine Eco-Environmental Monitoring Station, Zhoushan 316000, China; 2. Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences, Institute of Oceanology, CAS, Qingdao 266071, China;3. Zhoushan Oceanic and Fishery Bureau, Zhoushan 316000, China)

Nov., 10, 2010

heavy metal; distribution; source; surface sediment; Changjiang estuarine and its adjacent region

The geochemical characteristics of heavy metals, organic carbon, oil, sulfide, nitrogen, and phosphorus in surface sediments of the Changjiang estuarine and its adjacent regions were reported in this paper. The distributions of heavy metals, organic carbon, oil, sulfide, nitrogen and phosphorus in surface sediments were very irregular,and the high values of Cu, Pb, Zn, Cd, Hg, As, OC, oils, TN, and TP appeared in the Changjiang estuarine and the northeast region of the Hangzhou Bay; but the high sulfides, which was similar to the distribution of hypoxia area,in the outside of the Changjiang estuarine, the near top coastal region of the Hangzhou Bay, and the southeast region of the Zhoushan islands. The main sources of heavy metals, organic carbon, oil, sulfide, nitrogen, and phosphorus in surface sediments of the Changjiang estuarine and its adjacent regions were the input of the Changjiang river and land pollution matter. The Changjiang river input could affect the whole sea region, and the land pollution matter input only had influence on the coastal region. The sediment quality of the Changjiang estuarine and its adjacent regions were suitable for the sediment assessment.

P736.4

A

1000-3096(2011)05-0004-06

2010-11-10;

2011-03-02

中国科学院创新方向群项目(KZCXZ-YW-Q07-02); 国家基金委“创新研究群体科学基金”项目(40821004); 浙江省环境保护科研计划项目(2006-07)

何松琴(1961-), 女, 浙江定海人, 主要从事海洋生态环境监测研究; 宋金明, 通信作者,E-mail： jmsong@ms.qdio.ac.cn

张培新)