岚山港海洋临时倾倒区表层沉积物重金属污染、潜在生态风险评价及变化趋势分析

张亮，曹丛华，任荣珠，孙滨，宿凯，林森，屈文

（国家海洋局北海预报中心，山东 青岛266033）

岚山港海洋临时倾倒区表层沉积物重金属污染、潜在生态风险评价及变化趋势分析

张亮，曹丛华，任荣珠，孙滨，宿凯，林森，屈文

（国家海洋局北海预报中心，山东 青岛266033）

根据2009年9月岚山港海洋临时倾倒区海域表层沉积物重金属监测数据，采用Hakanson生态风险指数法对其重金属污染特征，潜在生态风险性进行了评价，并对其变化趋势进行了分析，结果表明：该倾倒区海域重金属综合污染程度和潜在生态风险性均较低，倾倒区主要潜在生态风险因子为Cd和Hg。潜在生态风险指数（ERI）表明该倾倒区的生态风险程度顺序为：2006年>2009年>2004年>2008年>2000年，与2008年相比，2009年潜在生态风险指数（ERI）有所增加，其中重金属Cd和Hg的潜在生态风险系数（）有较大增加。

岚山港；倾倒区；沉积物；重金属污染；生态风险评价

Abstract：Based on the monitoring data of the heavy metals in September 2009, the pollution status and the potential ecological risk of the heavy metals in Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site were studied by using the Hakanson ecological risk index, and the variation trend of ERI was analyzed.The results showed that the integrated contamination level and the potential ecological risk of the heavy metals were low in the surface sediments of Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site.The Cd and Hg were key factors of the potential ecological risk in dumping site.The variation trends of ERI showed the order of ecological risk degree was 2006>2009>2004>2008>2000, In 2009, it was higher than that of 2008, and theof Cd and Hg had a larger increase.

Keywords：Lanshan Port; dumping site; sediments; heavy metal contamination; ecological risk evaluation

岚山港位于日照市东南部，黄海海州湾北角，是鲁东南与苏北交界处的唯一港口，是全国最大的镍矿交易中心，江北重要的液化品集散地，山东省最大的木材中转基地和交易市场，是全国沿海一类开放口岸和区域性重要港口。

岚山港海洋临时倾倒区于 2000年选划，并于2003年底经国家海洋局北海分局批准启用，倾倒区面积为314 hm2。该临时倾倒区的疏浚物主要来自岚山港日常建设外抛以及来自港池、回旋水域与航道的疏浚物。由于工业、城市排污的影响，港湾航道疏浚物往往不同程度的被石油类、重金属及持久性有机物污染[1]，受重金属污染的疏浚物进入水体，对水生生物易造成致死、致畸、致突变的“三致”效应[2,3]，进入水体的重金属大部分转移至悬浮颗粒物和底层沉积物中，累积的重金属在一定条件下又释放进入上覆水成为二次污染源，此外，通过生物富集和放大作用，重金属会对生态系统构成直接和间接的威胁[4]，因此，具有源和汇双重作用的沉积物在重金属污染评价中至关重要[5]，全球首届沉积物质量评价会议强调了沉积物风险性评价的重要性，并把重金属列为主要评价因子之一[6]。

岚山港海洋临时倾倒区自启用至今已有7年，截至2009年底，倾倒疏浚物达到566.837万m3，2009年倾倒量61.19万m3。那么该倾倒区表层沉积物重金属污染情况如何，是否存在潜在生态风险，这些需要我们去研究。

本文以2009年9月该倾倒区的表层沉积物的监测资料为基础，采用沉积物重金属潜在生态风险指数评价法对该倾倒区沉积环境中重金属污染特征，可能存在的生态风险及潜在生态风险变化趋势进行了研究，对合理安排港池、航道及其它海洋海岸工程疏浚物倾倒，维护岚山港口航道的发展和海洋海岸工程建设具有重要的现实意义，从而更好的保护海洋环境和资源，防止沉积物中重金属的再次释放造成二次污染，继续科学合理地使用该海洋倾倒区。

1 材料与方法

1.1 采样与分析

表层沉积物样品采用曙光采泥器（张口面积0.05 m2）采集，分别于2000年，2004年，2006年，2008年及2009年在岚山港海洋临时倾倒区及周围海域跟踪监测的7个监测站位（2000年，2004年和2006年调查站位为5、6、7、8、9号站5个监测站位）采集样品，采样站位布置，其中5号站在倾倒区中心，LQ7号站在倾倒区南侧边缘，其余站点分布于倾倒区周围，如图1所示。采样深度在10cm~15 cm之间，用塑料勺从采泥器耳盖中仔细取上部0cm~2 cm的沉积物，其中测定铜、铅、锌、镉、铬的样品放入干净的聚乙烯袋中，扎紧袋口保存；测定汞的样品盛入500 mL磨口广口瓶中，密封瓶口保存。

沉积物样品带回实验室后，置于烘箱内 105℃（Hg样品40-60℃）恒温烘干，并用玛瑙研钵研磨后过160目筛供分析备用。重金属监测项目有：Cu、Pb、Zn、Cd、Cr和Hg。称取0.1 g烘干样品，经HN03-HCl04消解后，采用日本岛津AA-6300型原子吸收分光光度计用火焰原子吸收分光光度法测定样品中 Zn含量；用石墨炉原子吸收测定样品中的Cu、Pb、Cd和Cr的含量；称取0.1 g烘干样品，经硝酸-盐酸消解后，采用XGY-1011A型原子荧光光度计用原子荧光法测定Hg的含量，具体分析方法参见《海洋监测规范》（GB17378.5-2007）[7]。分析过程使用黄海海洋沉积物成份分析标准物质（GBW07333）作内控样进行质量控制，测定沉积物样品的相对标准偏差均小于10.0%，相对误差均小于8.5%。

粒度的测定，称取 20 g左右烘干的沉积物样品，捡出明显异物，加偏磷酸钠浸泡8 h后过水筛，采用综合法（筛析法和沉析法）测定，具体分析方法参见《海洋调查规范》（GB/T l2763.8-2007）[8]

图1 表层沉积物采样站位图（圆圈处为倾倒区位置）Fig.1 Sampling stations of Surface Sediments（The circle indicates the Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site）

1.2 评价方法

采用瑞典学者Hakanson提出的沉积物风险评价的生态风险指数法（ERI）[9]进行评价，其计算公式为：

表1, ,与污染程度或潜在生态风险程度的关系Tab.1 Relationships of ,, ,ERI and pollution levels, potential ecological risk degrees

表1, ,与污染程度或潜在生态风险程度的关系Tab.1 Relationships of ,, ,ERI and pollution levels, potential ecological risk degrees

指标 污染程度或潜在生态风险程度＜1 ≥1，＜3 ≥3，＜6 ≥6 i f C 低污染 中污染 较高污染 很高污染＜6 ≥6，＜12 ≥12，＜24 ≥24 Cd 低污染 中污染 较高污染 很高污染＜25 ≥25，＜50 ≥50，＜100 ≥100，＜200 ≥200 i r E低潜在生态风险中潜在生态风险较高潜在生态风险高潜在生态风险很高潜在生态风险＜110 ≥110，＜220 ≥220，＜440 ≥440 ERI 低潜在生态风险中潜在生态风险较高潜在生态风险很高潜在生态风险

1.2.1 评价中各参数的确定

1.2.1.1 评价要素的确定 在本研究中选取Cu、Pb、Zn、Cd、Cr和Hg 6种重金属污染要素参加评价。

1.2.1.2 参比值的确定 目前各国学者对参比值的选择各不相同，国内外尚无统一的标准，如何孟常等[10]采用当地沉积物重金属背景值作参比，而Hakanson[9]，陈静生等[11]选取现代工业化前沉积物重金属的最高背景值为参比值，为反映特定区域的差异性，定量地反映出污染程度，避免采用大尺度平均参考值的偏差，本文选取黄海沉积物中重金属的背景值[12]做参比来评价岚山港海洋临时倾倒区表层沉积物中重金属的综合污染情况。

1.2.2 不同重金属对ERI的贡献率 用某一重金属各站的平均值除以各站 ERI的平均值，计算不同重金属对ERI的贡献率。

1.3 表层重金属生态风险变化趋势分析

根据2000年、2004年、2006年、2008年和2009年岚山港海洋临时倾倒区重金属调查数据，对该倾倒区表层沉积物重金属生态风险变化趋势进行分析。

2 结果与讨论

2.1 表层沉积物重金属污染现状分析

由表2可知，岚山港海洋临时倾倒区表层沉积物重金属综合污染指数范围为 3.03～3.61，平均值为3.33，处于低污染程度，可见该倾倒区海域表层沉积物综合质量状况较好。

该倾倒区海域表层沉积物中各种重金属元素的平均污染程度由大到小依次为：Cd >Hg >Cu >Cr >Pb >Zn。其中重金属Cd的污染指数最高，有86%的监测站位Cd的含量均超过背景值，污染程度为中污染，其余重金属Cu、Pb、Zn、Cr和Hg在该海域表层沉积物中含量均低于背景值含量，污染程度为低污染，表明岚山海洋临时倾倒区海域表层沉积物中的Cd存在一定的污染。

从重金属污染的空间分布总体上倾倒区南部海区高于北部海区，从东部海区向西部海区降低的趋势。根据跟踪监测水深的结果分析，受倾倒物的影响，测量区总体分布趋势为西高东低，倾倒区东部海底沉积物有所积累，从而使倾倒区东部海域沉积物重金属含量有所增加。另外，根据岚山验潮站资料分析，该海域属于正规半日潮流类型，潮流的运动形式为往复流；根据北海预报中心对该海域海流的调查资料显示，该海域涨潮流流向主要集中出现在西南向，落潮流流向主要集中出现在东北向，涨潮流平均流速大于落潮流平均流速；根据该倾倒区海域的流场模拟资料，对对沉积物迁移起主要作用的是余流，该海域余流大致为南向，可能在海流的作用下使倾倒物从北向南迁移，导致重金属含量倾倒区南部海区略高于北部海区。同时，由于沉积物粒度是控制沉积物重金属分布特征的重要参数[13]，因此结合对该海域沉积物粒度的调查结果，调查海域沉积物类型主要为黏土质粉砂和粉砂质黏土，其中该倾倒区海域南部的7号站和东部6号站为粒径较小的粉砂质黏土，西部的 8、9号站，中部的5、LQ7号站为粒径稍大的黏土质粉砂，由于重金属元素主要富集在细颗粒沉积物，因此粒度的分布情况与重金属的分布特征基本吻合。

表2 岚山临时倾倒区海域沉积物重金属污染程度及分布状况Tab.2 Distribution of sediment heavy metals pollution extent in Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site

2.2 重金属的潜在生态风险评价

表3给出了岚山港海洋临时倾倒区海域所有监测站位的重金属潜在生态风险指数，从总体污染程度上看，该倾倒区海域所有监测站位的重金属潜在生态风险指数ERI值范围在51.06~72.50，平均值为62.51，都在 80以下，远小于110，所以该海域表层沉积物重金属对海洋生态系统的潜在风险较低。

重金属潜在生态风险性最高的测站为8号站，最低为9号站。从空间分布上看，总体上倾倒区南部海域的重金属潜在生态风险要高于北部海域，这与重金属污染现状分析的结果相一致。

综合上述两种评价结果，可以看出，从污染程度角度看，岚山港海洋临时倾倒区海域表层沉积物重金属元素污染的排列顺序为：Cd>Hg>Cu>Cr>Pb>Zn；从生态危害的角度看，各重金属元素的潜在生态风险性排列顺序为：Cd>Hg>Cu>Pb>Cr>Zn，可以看出两种结果的排列顺序并不完全一致，这可能是由于有些重金属元素具有亲颗粒性，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[14]，同时，各种金属元素对海洋生物的毒性不同，污染程度较高的不一定对生态系统的危害就高，因此，只有把两种方法相结合，才能更全面的反映沉积物重金属的污染特征和对海洋生态系统的危害性。

图2 不同重金属对ERI的贡献率Fig.2 Contribution of different heavy metals for potential ecological risk index

2.3 不同重金属对ERI的贡献率

从图2可以看出Cd、Hg是岚山港海洋临时倾倒区 2009年的主要污染重金属，其潜在生态风险指数的贡献率分别到达了49.8%和40.9%，共占所有重金属贡献率的90.7%，Cr、Zn的贡献率最小，只分别占l.3%和0.5%，因此，Cd、Hg为岚山港海洋临时倾倒区海域的主要风险因子，对海洋生态具有较高的潜在生态危害性。因此，在今后疏浚物的管理中应该加强对Cd、Hg的监测。

2.4 表层沉积物重金属潜在生态风险变化趋势分析

图3给出了2000年—2009年单个重金属的潜在生态风险系数及综合重金属潜在生态风险指数的年际变化趋势。潜在生态风险指数（ERI）表明该倾倒区的生态风险程度顺序为：2006年>2009年>2004年>2008年>2000年，2006年潜在生态风险指数（ERI）最高，与2008年相比，2009年潜在生态风险指数（ERI）有所增加，各重金属的潜在生态风险系数（）也有不同程度的增加，其中重金属Cd和Hg的潜在生态风险系数（）增加最大，而重金属Cu、Pb、Zn、Cr的潜在生态风险系数（）略有增加，结合该倾倒区历年的倾倒量（图4）分析，可能是倾倒量的变化造成了潜在生态风险指数（ERI）的变化。

表3 岚山临时倾倒区海域沉积物重金属的潜在生态风险因子和风险指数Tab.3 Potential ecological risk factors and index of sediment heavy metals in Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site

图3 单个重金属的潜在生态风险指数及综合潜在生态污染指数的年际变化Fig.3 Inter-annual variation of ERI and

图4 岚山港海洋临时倾倒区疏浚物历年倾倒量Fig.4 Dumping amount of Dredged materials of Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site in each year

3 结 论

1）从污染程度角度分析，岚山港海洋临时倾倒区海域表层沉积物重金属元素污染的排列顺序为：Cd>Hg>Cu>Cr>Pb>Zn，其中Cd的污染指数最高，为中等污染程度，其余重金属污染程度为低污染；

2）从生态危害的角度分析，各金属元素的潜在生态风险性排列顺序为：Cd>Hg >Cu>Pb>Cr>Zn，其中 Cd的潜在生态风险系数平均值最高，Hg次之，均具有中等潜在生态风险；其余重金属为低等潜在生态风险；

3）Cd、Hg为岚山港海洋临时倾倒区海域的主要风险因子，总体上该倾倒区表层沉积物重金属的潜在生态风险性较低，沉积物环境综合质量较好；

4）2000年至2009年岚山港海洋临时倾倒区表层沉积物重金属潜在生态风险指数（ERI）表明该倾倒区的生态风险程度顺序为：2006年>2009年>2004年>2008年>2000年。

因此，今后倾倒单位人员应增强环保意识，确保倾倒到位；监管部门要加强倾倒区的管理和监管工作，并特别注意加强对Cd、Hg的监测，保证该海洋倾倒区的安全、合理使用。

致谢：感谢日照、青岛海洋环境监测中心站的各位同事在出海调查及实验分析中的大力支持，在此一并致谢。

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Evaluation on heavy metals contamination, potential ecological risk evalution and analysis of the variation trends in the surface sediments of Lanshan Port Temporary Ocean Dumping Site

ZHANG Liang, CAO Cong-hua, REN Rong-zhu, SUN Bin, SU Kai, LIN Sen, QU Wen

(North China Sea Marine Forecasting Center of State Oceanic Administration, Qingdao 266033, China)

X826

A

1001-6932(2011)02-0235-06

2010-03-22；收修改稿日期：2010-08-26

张亮（1978-），男，山东淄博人，助理工程师，硕士，主要从事海洋环境监测方面研究。电子邮箱：zhangliang@nmfc.gov.cn。