中街山列岛国家级海洋特别保护区海域表层沉积物重金属污染状况及变化趋势分析

胡益峰，蒋 红

（1.国家海洋局东海分局舟山海洋工作站 舟山 316104；2.舟山市海洋环境监测预报中心 舟山 316104；3.中国海洋大学海洋环境学院 青岛 266033）

中街山列岛国家级海洋特别保护区海域表层沉积物重金属污染状况及变化趋势分析

胡益峰1，2，3，蒋 红1，2

（1.国家海洋局东海分局舟山海洋工作站 舟山 316104；2.舟山市海洋环境监测预报中心 舟山 316104；3.中国海洋大学海洋环境学院 青岛 266033）

根据2009—2011年普陀中街山列岛海洋特别保护区海域表层沉积物重金属的监测结果，对沉积物的Hg、As、Cu、Pb、Cd 5种重金属元素进行了污染状况及变化趋势分析，结果表明：沉积物重金属含量符合国家海洋沉积物质量一类标准，Cu和Pb的含量相差不大，且含量明显高于其他3种重金属元素，其次由大到小依次为As、Cd、Hg，5种重金属含量的年际变化也略有不同。5种重金属的污染指数由大到小依次为Cu、As、Cd、Pb、Hg，Cu含量近3年来污染指数均大于0.79，应引起重视和加强监测。5种重金属的单个潜在生态风险均为低，潜在生态风险指数由大到小依次为Cd、As、Hg、Cu、Pb，5种重金属的综合潜在生态风险水平也为低。

中街山列岛；海洋特别保护区；表层沉积物；重金属；污染；趋势

舟山普陀中街山列岛国家级海洋特别保护区位于浙江北部海域［1］，于2006年5月经由国家海洋局批准建立，保护区总面积202.9 km2，其中海域面积192.42 km2。保护区隶属于普陀区东极镇，区内有黄兴岛、庙子湖岛、青浜岛、东福山等4个有居民海岛和41个无居民海岛。保护区所处的中街山列岛位于杭州湾外缘，横贯整个舟山渔场，呈WE向狭长形排列，分布在东西51.2 km，南北13.7 km的海域中。北为岱巨洋，南为黄大洋，西靠大长涂山，西隔小板门与岱山东部相邻，东至两兄弟屿（外甩），占据了我国沿海南北航线和长江“黄金水道”交汇的咽喉要冲，是长三角地区走向世界的海上走廊。保护区内丰富的渔业资源（鱼、贝、藻类等）、鸟类资源、岛礁资源、旅游景观及其所处的独特而敏感的海洋生态系统都是保护区的主要保护对象。目前，关于普陀中街山列岛海洋特别保护区海域表层沉积物重金属污染状况的评价研究鲜有报道，仅有任敏等［2］对中街山列岛附近海域的环境质量现状进行了评价与分析。本研究根据2009—2011年的重金属监测数据，对普陀中街山列岛海洋特别保护区海域近3年来表层沉积物重金属的污染状况及变化趋势进行评价，为及时掌握保护区生态环境质量、合理利用保护区资源、更好地保护海洋环境提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 采样站位与样品采集

普陀中街山列岛海洋特别保护区海域共布设7个沉积物监测站位。2009—2011年每年的8月进行一次表层沉积物采样，使用0.05 m2的曙光抓斗式采泥器采集，取0～2 cm的表层样品，以备实验室检测用。

1.2 分析方法

对沉积物Pb、Cu、Cd、Hg、As 5种重金属元素的含量进行分析。沉积物样品的贮存及运输严格按照《海洋监测规范》第3部分（GB 17378.3）中的相关规定执行，沉积物的预处理、重金属分析严格按照《海洋监测规范》第5部分（GB17378.5）的规定和分析方法进行，样品经微波消解后，Hg和As用原子荧光法测定，Pb、Cu和Cd用原子吸收分光光度法测定。

1.3 评价方法与评价等级

目前，国际上有关沉积物中重金属研究的先进方法主要有地积累指数法、污染负荷指数法、回归过量分析法、潜在生态危害指数法、底栖生物评价方法和数据计算方法等［3］。以往沉积物环境评价基本采用单因子评价法、综合指数法［4－5］，此类方法比较简单，不能充分真实地反应海域沉积物环境质量状况。根据本研究的特点，对沉积物重金属的含量水平进行了分析并运用瑞典科学家Hakanson［6］提出的潜在生态危害指数法对重金属的潜在污染状况进行了分析评价，应用该方法，筛选出了主要的潜在生态风险因子，并对重金属的污染程度、综合污染效应和变化趋势进行了分析评价。

1.3.1 重金属含量单因子评价

对普陀中街山列岛海洋特别保护区表层沉积物重金属的含量状况进行分析，并根据《海洋沉积物质量》第一类标准值，采用污染指数法进行评价，其计算公式为Pi＝Ci/Csi。式中，Pi为第i种重金属的污染指数，Ci为第i种重金属的实测值，Csi为第i种重金属的标准值。Pi≤1时，符合标准；Pi＞1时，含量超标。沉积物质量一类标准值Cu≤35.0×10－6、Pb≤60.0×10－6、Cd≤0.50×10－6、Hg≤0.20×10－6、As≤20.0×10－6。

1.3.2 重金属的潜在生态风险指数评价

本研究采用瑞典学者Hakanson提出的潜在生态风险指数法对沉积物重金属的生态风险进行评价。该方法是划分沉积物污染程度及潜在生态风险的一种快速、简便且是目前国内外沉积物质量评价应用最为广泛的方法之一［7］。

定义单个重金属潜在生态风险指数为

Eir＝Tir×Cif＝Tir×Ci/Cin

式中：Eir为单个重金属的潜在生态风险指数，等级划分见表1；Tir为第i种重金属的毒性响应参数，用于反映单个重金属的毒性水平和生物对污染物的敏感程度，根据Hakanson制定的Hg、As、Pb、Cu、Cd的毒性相应参数分别为40、10、5、5、30；Cif为第i种重金属的污染系数；Ci为沉积物中第i种重金属的实测浓度；Cin为沉积物重金属的背景参比值，采用Hakanson提出的工业化前全球沉积物的最高背景值为参比值，Hg、As、Pb、Cu、Cd分别取0.25、15、70、50、1.0。

表1 单个重金属潜在生态风险指标与分级关系

5种重金属总的潜在生态风险指数为

Et为5种重金属的潜在生态风险指数，等级划分见表2。

表2 5种重金属潜在生态风险指标与分级关系

2 结果与讨论

2.1 沉积物重金属含量分析

由表3中沉积物的监测结果可以看出，2009—2011年普陀中街山列岛海洋特别保护区表层沉积物重金属Hg、As、Cu、Pb和Cd的含量变化范围分别为（0.042～0.058）×10－6、（11.2～13.9）×10－6、（27.1～33.0）×10－6、（23.5～31.2）×10－6、（0.23～0.39）×10－6，与国家海洋沉积物质量第一类标准相比，5种重金属的含量均符合一类标准。在含量大小上，Cu和Pb的含量相差不大，且含量明显高于其他3种重金属元素，其次由大到小依次为As、Cd、Hg，这与嵊泗赤潮监控区表层沉积物重金属含量大小的排序相同［8］。

表3 表层沉积物重金属的含量×10－6

沉积物重金属含量年际变化情况见图1和图2。从图1和图2可以看出，5种重金属含量的年际变化略有不同。Hg、As和Pb含量比较稳定，无明显变化，其中Hg呈略微下降趋势，As后两年含量持平，Pb含量略微升高趋势；Cd含量由大到小依次为2009年、2011年、2010年，是先降后升；Cu含量则逐年略有降低的趋势。

图1 沉积物Hg和Cd含量的变化

图2 沉积物As，Cu和Pb含量的变化

沉积物重金属污染指数大小分析见表4。由表4可看出，2009—2011年普陀中街山列岛海洋特别保护区沉积物重金属平均污染指数由大到小依次为Cu、As、Cd、Pb、Hg，与其含量排序略有不同。重金属的污染指数均小于1，表明沉积物质量状况良好，符合国家海洋沉积物质量一类标准。

表4 表层沉积物重金属年平均污染指数

相对其他4种重金属元素，Cu的污染指数较高，近3年来污染指数均大于0.79，尤其是2009年污染指数达到了0.88，应引起相应重视。

2.2 重金属潜在生态风险状况分析

普陀中街山列岛海洋特别保护区表层沉积物重金属的潜在生态风险评价结果见表5。从表5可以看出，2009—2011年5种重金属的单个潜在生态风险指数Eir均小于40，属于低风险；5种重金属的综合潜在生态风险指数Et均小于150，表层沉积物的综合潜在生态风险也为低水平，年际变化呈略微下降趋势。5种重金属在2009—2011年连续3年的平均潜在生态风险指数由大到小依次为Cd、As、Hg、Cu、Pb，这与该5种重金属含量大小排序不同，这可能是因为有些污染要素具有亲颗粒性，虽然其污染程度较高，但却容易被悬浮物迁移而进入沉积物中被矿化埋藏，降低了对生物的毒性，从而降低了其潜在的生态风险程度［9］。

研究海域不同，重金属的潜在风险也不同。根据蒋红等［10］的研究，舟山南部近岸海域重金属的潜在风险由大到小依次为Hg、Cd、Cu、Pb、As，与本研究的排序不同。这主要是因为重金属在沉积物中的蓄积、释放、迁移等是个复杂的过程，廉雪琼等［11］研究表明：沉积物重金属含量与有机质存在一定的相关性，另外，还与沉积物的粒度、物理化学性质、物质组成等有关［12］。因此，只有把各污染物在沉积环境中的累积程度与其对海洋生态系统的潜在生态危害程度结合起来进行分析，才能全面判断出表层沉积物中污染物的污染程度和污染状况。

表5 表层沉积物重金属潜在生态风险评价结果

3 结论

（1）2009—2011年普陀中街山列岛海洋特别保护区表层沉积物重金属Hg、As、Cu、Pb和Cd的含量符合国家海洋沉积物质量一类标准。含量大小上，Cu和Pb的含量相差不大，且含量明显高于其他3种重金属元素，其次由大到小依次为As、Cd、Hg，5种重金属含量的年际变化也略有不同。

（2）普陀中街山列岛海洋特别保护区5种重金属的污染指数由大到小依次为Cu、As、Cd、Pb、Hg，相对其他4种重金属，Cu的污染指数较高，近3年来污染指数均大于0.79，污染指数最大，应引起重视和加强监测。

（3）普陀中街山列岛海洋特别保护区Hg、As、Cu、Pb和Cd 5种重金属各自的潜在生态风险均为低，潜在生态风险指数由大到小依次为Cd、As、Hg、Cu、Pb，5种重金属的综合潜在生态风险水平也为低。

［1］ MULDERIJ G，MAU B，VAN DONK E，et al.Allelopathic activity of seratiotes aloides on phytoplankton－dentification of allelopathic substances［J］.Hydrobiologia，2007，584：89－100.

［2］ 任敏，叶仙森，项有堂.中街山列岛附近海域环境质量现状评价与分析［J］.海洋开发与管理，2006，23（3）：114－117.

［3］ 贺心然，付永硕，柳然.连云港市河流表层沉积物中重金属污染及潜在生态危害［J］.淮海工学院学报：自然科学版，2007，23（1）：47－50.

［4］ 葛仁英，韩正玉，邵明福.海洋港附近海域污染现状评价［J］.海洋环境科学，1997，16（4）：26－31.

［5］ 李建军，冯慕华，喻龙.辽东湾浅水区水环境质量现状评价［J］.海洋环境科学，2001，20（3）：42－45.

［6］ HAKANSON LAPS.An ecological risk index for aquatic pollution control－A sediment logical approach［J］.Water Research，1980，14：975－1001.

［7］ 李淑媛，苗丰民，刘国贤，等.渤海底质重金属环境背景值初步研究［J］.海洋学报，1995，17（2）：78－85.

［8］ 胡益峰，蒋红，徐灵燕，等.嵊泗赤潮监控区表层沉积物和紫贻贝（Mytilus edulis）重金属含量分析［J］.福建水产，2011，33（2）：6－9.

［9］ 贾振邦，梁涛，林健枝，等.香港河流重金属污染及其潜在生态危害研究［J］.北京大学学报：自然科学版，1997，33（4）：485－492.

［10］ 蒋红，胡益峰，徐灵燕，等.舟山近岸海域表层沉积物中5种重金属元素的污染及其潜在生态风险评价［J］.海洋学研究，2011，29（1）：56－60.

［11］ 廉雪琼，王运芳，陈群英.广西近岸海域海水和沉积物及生物体中的重金属［J］.海洋环境科学，2001，20（2）：59－62.

［12］ 栗俊，鲍永恩，刘广远，等.东海陆架沉积物中重金属地球化学研究［J］.海洋环境科学，2007，26（1）：63－66.