广西钦州湾沉积物重金属污染现状及潜在生态风险评价

张少峰，林明裕，魏春雷，刘保良，张志娟

（国家海洋局北海海洋环境监测中心站，广西海洋监测预报中心，广西 北海 536000）

广西钦州湾沉积物重金属污染现状及潜在生态风险评价

张少峰，林明裕，魏春雷，刘保良，张志娟

（国家海洋局北海海洋环境监测中心站，广西海洋监测预报中心，广西 北海 536000）

对钦州湾沉积物进行采集，测定了沉积物中的Zn、Pb、Cu、Hg、Cd、As重金属的含量。用单因子指数法和Hakanson潜在生态风险指数法评价了沉积物中重金属综合污染效应。研究结果表明：钦州湾沉积物中Zn、Pb、Cu、As、Cd、Hg的平均含量分别为60.0×10-6、31.3×10-6、19.8 ×10-6、11.31×10-6、0.083×10-6、0.046×10-6。沉积物质量评价结果表明：各种重金属单因子指数污染程度依次为 Cu（1.15）＞ Pb（1.14）＞As（0.93）＞ Cd（0.92）＞ Zn（0.90）＞Hg（0.51），多种污染物综合效应指数为 5.56，为较低的中等程度污染；各种重金属的潜在生态危害参数大小顺序为 Cd（27.71）＞Hg（20.58）＞As（9.32）＞Cu（5.75）＞Pb（5.69）＞Zn（0.90），其潜在生态风险指数RI平均值为 69.95，属于低潜在生态危害的范畴。

钦州湾；沉积物；重金属；潜在生态风险评价

钦州湾位于北部湾顶部，广西沿岸中段。该湾由内湾和外湾所构成，中间狭小，两端开阔，东、西、北三面为陆地环绕，南面与北部湾相通，是一个半封闭型的天然海湾。该湾口门宽约为29 km，纵深约为39 km，海湾面积约为380 km2[1]。该湾是生态保护良好的海湾生态系统，各种经济海洋鱼类较丰富，沿岸生长大片红树林，白海豚生活在该湾内。另外，该湾水陆交通较方便，具有建立深水港的良好条件。

沉积物是重金属污染物的载体和“蓄积库”，水环境中重金属绝大部分经过物理化学作用富集在沉积物表层。重金属污染具有来源广、残毒时间长、易蓄积、污染后不易被发现并且难于恢复等特征，对水生生物和人体健康有较大的负面影响，并且蓄积在沉积物中的重金属有二次污染的可能,一旦参与食物链循环并最终在生物体内积累，将会破坏生物体正常生理代谢活动[2]。因此水体沉积物重金属的生物毒性或潜在生态风险是当前水环境重金属研究的热点问题之一[3]。

自2006年广西北部湾大开发以来，钦州湾沿岸港口、临海工业发展迅速。2008年3月钦州港保税港区建设获批，更加促进各种项目的落户。因此掌握该海域沉积物重金属污染现状，并对潜在生态风险进行评价，对于该海域的海洋环境保护，海洋资源的可持续利用具有着重要的意义。

1 采样和分析方法

1.1 样品采集

在钦州湾海域共布设16个站点（见图1）。于2008年夏季采集16个表层（0～3 cm）沉积物样品，装入聚乙烯袋中，在0～4℃下保存。将解冻至室温的样品在80～100 ℃烘箱内烘干6 h，烘干后的样品用球磨机粉碎，用160目尼龙筛加盖过筛，充分混匀后的样品装入磨口玻璃瓶以备用。具体操作见《海洋监测规范》[4]。

1.2 样品分析方法

重金属分析方法：Cd、Pb采用无火焰原子吸收分光光度法，Zn、Cu采用火焰原子吸收分光光度法，As、Hg采用原子荧光法。具体操作见《海洋监测规范》[4]，分析方法、检出限、精密度和准确度见表1。

图1 采样站位Fig. 1 Location of sampling sites

表1 测试方法、检出限(×10-6)、精密度（RSD）及准确度（相对误差）Tab. 1 Testing method, detect on limit, precision and accuracy

实验所用玻璃、塑料器皿均事先在硝酸溶液(1+3) 中浸泡24 h以上，并用蒸馏水和超纯水洗净后烘干，所用试剂全部为优级纯，所用试剂溶液均用超纯水配制。

2 评价方法

2.1沉积物重金属污染现状分析方法

采用单因子评价法[5]对沉积物污染要素进行分析和评价，单个污染指数的计算公式为：

多种污染物的综合效应通过综合指数Cd来表示：

本次重金属调查要素为 6 项，少于Hakanson提出生态风险指数的 8 项，以Cd表征的综合污染程度为Cd＜5，为低污染；5≤Cd＜10，为中污染；10≤Cd＜20，为较高污染；Cd≥20时为高污染[6]。

2.2 沉积物重金属潜在生态风险评价方法

采用瑞典科学家 Hakanson 潜在生态危害指数法[7](Potential ecological risk index)，对沉积物重金属的生态风险进行评价。该方法不仅反映了某一特定环境中的每种污染物的影响，而且也反映了多种污染物的综合影响，并且用定量的方法划分出潜在生态危害的程度[8]。为了定量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：

潜在生态风险指数RI定义为潜在生态风险参数之和，即：

RI＜150，海域具有低潜在生态风险；150≤RI＜300，海域具有中潜在生态风险；300≤RI＜600，海域具有较高生态风险；RI≥600，海域具有很高潜在生态风险。

3 结果与讨论

3.1 沉积物重金属的含量及变化范围

根据16个站位的重金属含量分析结果表明，Zn的含量范围(15.9～98.9)×10-6，平均值为60.0×10-6；Pb的含量变化范围为(20.7～43.4)×10-6，平均值为31.3×10-6；Cu的含量变化范围为(6.9～26.9)×10-6，平均值为19.8×10-6；Hg的含量变化范围为（0.015～0.090）×10-6，平均值为0.046×10-6；Cd的含量变化范围为（0.025～0.130）×10-6，平均值为0.083 × 10-6；As的含量变化范围为（5.4～13.7）×10-6，平均值为11.31×10-6。钦州湾沉积物Pb和Cu有上升趋势，Hg的含量较低。钦州湾海域沉积物重金属平均含量依次为Zn(60.0) ＞ Pb(31.3) ＞Cu(19.8) ＞ As(11.31) ＞ Cd(0.083) ＞ Hg(0.046)。

3.2 单因子评价结果

根据单因子污染指数和多种污染物综合指数对钦州湾重金属污染现状计算结果见表2

根据单个污染物污染程度分级，从表 2 可以看出钦州湾海域，C2、D1、E1的Zn为中污染，其余站位低污染；A1、A2、B2、C1、C2、D1、D3、D4、E1、E2、F站位的Pb为中污染，其余站位为低污染；A1、A2、C1、C2、D1、D3、D4、E2、F站位的Cu为中污染，其余站位为低污染；C3站位的Hg为中污染，其余站位为低污染；B1、B2、C2、D3、D4、E2站位的Cd为中污染，其余站位为低污染；A1、B1、C4、D1、D2、D4、E2、F站位的As为中污染，其余站位为低污染。从平均值上分析，6种重金属污染程度依次为Cu（1.15）＞ Pb （1.14）＞As（0.93）＞Cd（0.92）＞ Zn（0.90）＞Hg（0.51）。

表2 钦州湾沉积物重金属污染指数及综合指数Tab. 2 Single factor and intergraded pollution index of heavy metals in Qinzhou Bay

表3 钦州沉积物潜在生态风险评价结果Tab. 3 Potential ecological risk assessment results of heavy metals in Qinzhou Bay

根据综合污染程度分级，从表 2 可以看出钦州湾海域沉积物污染现状为，B2、C1、C2、D1、D3、D4、E2、F站位为中污染，其余站位为低污染。各种污染物综合效应指数平均值为5.56，为较低中等程度污染。

3.3 潜在生态风险评价结果

根据单个污染物的潜在生态风险公式和潜在生态风险参数之和公式计算的和RI见表3。

根据单因子生态风险程度指数，可以认为Zn、Pb、Cu、As每个站位的潜在风险参数均小于40，为低潜在生态风险。C3 站位的Hg潜在风险参数为40，为中潜在生态风险，其余站位为低潜在生态风险；B1、D3、D4 站位的 As 为中潜在生态风险，其余站位为低潜在生态风险。钦州湾海域沉积物中的重金属对海洋生态系统的危害较低，各种重金属的潜在生态危害系数大小顺序为 Cd （27.71）＞Hg（20.58）＞As（9.32）＞Cu（5.75）＞Pb（5.69）＞Zn（0.90）；其潜在生态风险指数RI平均值为69.95，根据总潜在生态风险指数分级，属于低潜在生态危害的范畴。

3.4 讨 论

沉积物重金属含量与该湾的水位动力分选、沿岸河流注入、沿岸生活污水排放、沿岸工业废物的排放等条件有关。钦州湾Pb、Cu的含量有上升趋势，可能与沿岸临海工业废物排放有关系；而Hg评价结果较好，可能与分析方法和背景值有关；监测站位B2、C1、C2、D1、D3、D4、E2、F污染物综合效应指数评价为中污染，可能与水动力条件有关。

钦州湾海域沉积物各种重金属单因子指数污染程度依次为Cu（1.15）＞ Pb（1.14）＞As（0.93）＞ Cd（0.92）＞ Zn（0.90） ＞Hg（0.51）；而各种重金属的潜在生态危害系数大小顺序为 Cd（27.71）＞Hg（20.58）＞As（9.32）＞Cu（5.75）＞Pb（5.69）＞Zn（0.90）；从两种评价可以看出两种结果的排列顺序并不一致。其原因可能为：（1）由于各个重金属的毒性响应参数不同[9]；（2）因为某些重金属元素虽然污染程度较高，但其具有亲颗粒性，容易被悬浮物迁移进入沉积物中矿化埋藏使它们对生物的毒性降低,因此对潜在生态风险系数贡献较低[5]；（3）由于背景值的选择，及背景值与现在监测值的分析方法不同有关[10]；(4) 与分析研究方法有关。单因子评价指数与潜在生态风险指数之间的关系较复杂，值得深入研究。因此，将单因子指数法和潜在生态危害指数法相结合，并加上相应的生物或生态效应指标，才能较全面反映沉积物中重金属的污染状况[11]。

钦州湾沉积物总体质量较好，应该加大沿岸排放废物处理力度，制定海洋环境保护的可行性措施，来保障海洋资源的合理利用及沿岸经济的持续发展。

4 结 论

通过对钦州湾表层沉积物中重金属的污染现状及其潜在生态风险评价分析，获得初步结论如下：

a) 钦州湾沉积物中Zn、Pb、Cu、As、Cd、Hg的平均含量分别为60.0 × 10-6、31.3 × 10-6、19.8 ×10-6、11.31 × 10-6、0.083 × 10-6、0.046 × 10-6；

b) 根据单因子重金属污染指数和多种污染物的综合效应综合指数表明：钦州湾海域沉积物各种重金属单因子指数污染程度依次为Cu(1.15) ＞Pb(1.14) ＞ As(0.93) ＞ Cd(0.92) ＞ Zn(0.90) ＞Hg(0.51)，多种污染物的综合效应指数为5.56，为较低中等程度污染；

c) 根据单因子重金属的潜在生态危害系数和多个重金属的潜在生态风险指数的评价结果表明：钦州湾海域沉积物中的重金属对海洋生态系统的危害较低，各种重金属的潜在生态危害系数大小顺序为 Cd(27.71) ＞ Hg(20.58) ＞ As(9.32) ＞ Cu(5.75) ＞Pb(5.69) ＞ Zn(0.90)；其潜在生态风险指数平均值RI为69.95，属于低潜在生态危害的范畴。

[1] 李树华. 中国海湾志广西海湾分册 [M]. 北京: 海洋出版社,1993, 144-148.

[2] Tang D G. Kent W W. Peter H S. Distribution and partitioning of trace metals(Cd，Cu，Ni，Pb，Zn) in Galveston Bay waters [J].Marine Chemistry, 2002, 78(5): 29-45.

[3] 唐银健. Hakanson 指数法评价水体沉积物重金属生态风险的应用进展 [J]. 环境科学导刊, 2008, 27(3): 66-68.

[4] 国家质量技术监督局. 《海洋监测规范》第五部分：沉积物分析GB17378.5-2007 [S]. 北京: 中国标准出版社, 2008, 4-18.

[5] 李杰, 祁士华, 王向琴, 等. 海南小海沉积物中的重金属分布特征及潜在生态风险评价 [J]. 安全与环境工程, 2008, 15(2):18-22.

[6] 张勇, 刘树函. 广州海域沉积物重金属污染及潜在生态风险评价[J]. 海洋地质动态, 2007, 23(2): 14-16.

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[8] 赵泌娜, 徐启新, 杨凯. 潜在生态危害指数法在典型污染行业土壤污染评价中的应用 [J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2005,(1): 111-116.

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Pollution assessment and potential ecological risk evolution for heavy metals in the sediments of Qinzhou Bay

ZHANG Shao-feng, LIN Ming-yu, WEI Chun-lei, LIU Bao-liang, ZHANG Zhi-juan
(Beihai Marine Environmental Monitoring Center Station of SOA, Marine Monitoring and Forecast Center of Guangxi, Beihai 53600, China）

The sediments from Qinzhou Bay (Guangxi, China) were collected and the concentrations of Zn, Pb, Cu, Hg,Cd and As in the sediments were tested. The integrated pollution effect of heavy metals of these sediments was evaluated by the technique of single factor index and Hakanson potential ecological risk index．The results showed that the average concentration of Zn, Pb, Cu, As, Cd and Hg was 60.0×10-6、31.3×10-6、19.8×10-6、11.31×10-6、0.083×10-6、0.046×10-6,respectively． The sequence of single factor index is Cu (1.15) ＞ Pb (1.14) ＞As (0.93) ＞ Cd (0.92) ＞ Zn (0.90) ＞Hg (0.51).The average intergraded pollution index was 5.56，which was very slight middle pollution . The potential ecological risk was Cd (27.71) ＞ Hg (20.58) ＞ As (9.32) ＞ Cu (5.75) ＞ Pb (5.69) ＞ Zn (0.90) and the average potential ecological risk was 69.95，which indicated that Qinzhou Bay had low potential ecological risk．

Qinzhou Bay; sediment; heavy metal; potential ecological risk assessment

X55; P736.4+1

A

1001-6932(2010)04-0450-05

2009-05-31；

2009-12-24

张少峰（1981－），男，助理工程师，主要从事海洋生态环境监测研究。电子邮箱：unusualcenter@163.com