北部湾油田海域沉积物重金属生态危害评价＊

兰圣迎 石荣贵 张敬怀 黄楚光

（国家海洋局南海环境监测中心）

北部湾油田海域沉积物重金属生态危害评价＊

兰圣迎 石荣贵 张敬怀 黄楚光

（国家海洋局南海环境监测中心）

利用北部湾油田海域沉积物重金属10年监测数据，基于标准指数法、富集系数法、潜在生态危害指数法，对Pb、Zn、Cd和Hg 4种重金属进行变化规律、富集特征和生态危害研究。结果表明：2013年，4种重金属标准指数均小于1，符合第一类沉积物质量标准，总体处于良好状态，2011年后Cd含量上升明显；2013年，重金属富集程度由大到小为Pb＞Zn＞Cd＞Hg，Pb和Zn属于中污染水平，Cd和Hg属于低污染水平，2011年后Cd富集系数上升明显；多年来，4种重金属的生态危害指数均小于40，属于轻微生态危害。2011年后Cd生态危害指数增幅明显。与临近海域相比，Cd含量处于较高水平；与国内其他海洋油田相比，Zn含量处于较高水平。

北部湾油田；沉积物；重金属；生态危害

0 引 言

重金属是一种难消除的累积性污染物，不能被微生物降解，并可通过食物链传递富集，对人体和其他生物的潜在危害极大［1］。海洋中的重金属通过物理、化学和生物作用，最终富集在沉积物中，而蓄积在沉积物中的重金属有二次污染的可能。相对于海水，沉积物中的重金属含量高、稳定且具有累积性，可反映出区域水环境整体质量状况［2-3］。

北部湾油田位于北部湾涠洲岛西南部海域，临近广东、广西和海南3省（区）海域交界处，从第一口油井投产到现在已接近30年，是我国较早开发的海洋石油工程。重金属是海洋石油开发过程中产生的污染物之一，主要通过石油勘探泥浆、钻屑携带排放。目前，关于海洋石油开发附近海域中沉积物重金属的研究报道较少，李永霞等曾对埕岛油田海域重金属含量与生态评价进行过研究［4］。本文利用多年来监测数据，基于富集系数法和生态危害指数法，对北部湾油田海域表层沉积物中重金属污染特征进行分析，研究其生态危害程度及变化趋势，为该海域的生态环境保护和海洋资源可持续利用提供参考。

1 研究方法

1.1 数据来源

本文基于北部湾油田海域1996—2013年其中10年的沉积物监测数据，并结合2013年雷州半岛西部近岸、番禺油田、文昌油田海域监测数据，提取海洋石油开发工程重金属特征污染物Pb、Zn、Cd、Hg，研究北部湾油田海域沉积物重金属含量分布规律和潜在生态危害。研究数据取年度或区域平均值。

1.2 样品采集处理与测试方法

使用抓斗式采泥器采集沉积物样品，用木勺取（0～5）cm表层沉积物样约500 g，装聚乙烯袋密封，在冰箱中冷藏运输。样品在实验室室温条件下自然风干，经研碎、过80目筛、装袋备测。Pb、Zn、Cd采用火焰原子吸收分光光度法测试，Hg采用原子荧光法测试［5］。

1.3 评价方法

1.3.1 标准指数法

采用标准指数法［6］评价北部湾油田沉积物重金属的质量等级，计算公式为：Qi＝Ci／Cs。式中Qi为沉积物中重金属标准指数，Ci为重金属浓度，Cs为重金属评价标准值，本文采用第一类沉积物质量标准值［7］。

1.3.2 富集系数法

采用富集系数［8-9］评价沉积物中各重金属的富集程度，计算公式为：Cf＝Ci／Cn。式中Cf为某种重金属的富集系数，Ci为重金属浓度，Cn为重金属的背景值。背景值采用工业化以前沉积物中重金属的全球最高值［10］，具体见表1。Hakanson用Cf评价单个重金属的污染程度［11］，Cf＜1为低污染，1≤Cf＜3为中污染，3≤Cf＜6为较高污染，Cf≥6为很高污染。

1.3.3 潜在生态危害指数法

瑞典科学家Hakanson提出用潜在生态危害指数评价重金属污染［11］。潜在生态危害指数表征重金属的毒性水平和生物对重金属污染的敏感程度，揭示了重金属对水生生态系统的危害。计算公式为：Er＝Tr×Cf，式中Er表示潜在生态危害指数，Cf为重金属富集系数，Tr为重金属毒性系数，重金属毒性系数见表1。

表1 沉积物中重金属背景值Cn及毒性系数Tr

根据潜在生态危害指数大小，重金属污染程度分为5个等级：Er＜40为轻微生态危害，40≤Er＜80为中等生态危害，80≤Er＜160为强生态危害，160≤Er＜320为很强生态危害，Er≥320为极强生态危害。

2 结果与分析

2.1 重金属现状及变化规律

北部湾油田附近海域10年沉积物中重金属历年变化规律见图1。

2013年监测表明，北部湾油田附近海域沉积物中Pb、Zn、Cd和Hg等重金属含量较低，标准指数均小于1，符合第一类海洋沉积物质量标准［7］，总体处于良好状态。

多年监测结果表明，Pb浓度变化于18.8×10－6～37.1×10－6kg／kg，含量不高，多年来呈小幅波动。Zn浓度变化于61.7×10－6～90.0×10－6kg／kg，含量不高，多年变化趋势不明显。Cd浓度变化于0.04× 10－6～0.20×10－6kg／kg，含量不高，但表现出一定上升趋势，2011年以后上升速度较快。Hg浓度变化于0.013×10－6～0.048×10－6kg／kg，含量不高，除1996年含量明显低于其他年份外，多年变化趋势不明显。

2.2 重金属富集特征

历年沉积物中重金属富集系数变化规律见图2。

2013年监测表明，4种重金属富集程度由大到小依次为Pb＞Zn＞Cd＞Hg，Pb和Zn属于中污染水平，Cd和Hg属于低污染水平。

图1 沉积物中各重金属含量历年变化

沉积物中各重金属多年富集系数变化规律与浓度变化规律类似，Pb富集系数呈小幅度波动，Zn和Hg的富集系数变化不明显，Cd富集系数呈现一定上升趋势，特别是2011年后Cd富集系数上升明显。多年监测结果表明，Pb和Zn富集系数均较大，明显大于Cd和Hg，Pb和Zn富集系数大于1的比例分别为50%和20%。Cd和Hg的富集系数均小于1，在2011年后，Cd富集系数上升明显。

图2 沉积物中各重金属富集系数历年变化

2.3 重金属潜在生态危害

根据图2中各因子的富集系数Cf，代入重金属潜在生态危害指数公式，得出Pb、Zn、Cd、Hg的潜在生态危害指数Er，多年来潜在生态危害指数变化规律见图3。

图3 沉积物中各重金属生态危害指数历年变化

2013年监测显示，4种重金属的潜在生态危害程度由重到轻排列为Cd＞Hg＞Pb＞Zn，与其富集程度排序并不一致，可能是因为某些重金属元素富集程度较高，但具有亲颗粒性，容易迁移进入沉积物中矿化埋藏，从而降低了对生物的毒性［12-13］。在评价沉积物中重金属时，要把富集程度与生态危害加以结合，方能全面反映重金属的污染状况。

多年来，4种重金属的生态危害指数均小于40，属于轻微生态危害。2011年之后，Cd的生态危害指数增幅明显。

2.4 与临近海域沉积物重金属比较分析

北部湾油田海域监测数据与北部湾北部近岸（广西钦州湾［14］、广西北海近岸［15］）、东部近岸（雷州半岛西部和洋浦港［16］）和中部海岛（涠洲岛［2］）海域沉积物中重金属的监测数据进行对比分析，详见表2。

上述海域沉积物中重金属含量均较低，除雷州半岛西部近岸Hg含量显著较高外，其他均符合第一类沉积物质量标准［7］，总体处于良好状态。Pb含量方面，北部湾油田低于涠洲岛海域，明显高于其他近岸海域，浓度由高到低依次为涠洲岛海域＞北部湾油田＞海南洋浦港近岸＞广西北海近岸＞广西钦州湾＞雷州半岛西部近岸。Zn含量方面，北部湾油田与海南洋浦港近岸水平相当，处于较高水平，低于涠洲岛海域，明显高于其他近岸海域，浓度由高到低依次为涠洲岛海域＞海南洋浦港近岸＞北部湾油田＞雷州半岛西部近岸＞广西北海近岸＞广西钦州湾。Cd含量方面，北部湾油田处于较高水平，明显高于其他海域，浓度由高到低依次为北部湾油田＞海南洋浦港近岸＞涠洲岛海域／雷州半岛西部近岸＞广西北海近岸＞广西钦州湾。Hg含量方面，北部湾油田处于中等水平，低于雷州半岛西部近岸和涠洲岛海域，高于其他海域，浓度由高到低依次为雷州半岛西部近岸＞涠洲岛海域＞北部湾油田＞广西钦州湾＞广西北海近岸＞海南洋浦港近岸。

表2 邻近海域沉积物重金属含量 1.0×10－6kg／kg

由此可知，北部湾油田海域沉积物中重金属Cd含量明显高于其他海域。

2.5 与其他油田沉积物重金属比较分析

将北部湾油田海域监测数据与2013年文昌油田、番禺油田，2009年埕岛油田海域［4］沉积物中重金属的监测数据进行对比分析，详见表3。

上述海域沉积物中重金属含量均较低，符合第一类沉积物质量标准［7］，总体处于良好状态。Pb含量方面，北部湾油田海域、番禺油田海域、埕岛油田海域水平相当，明显高于文昌油田海域。Zn含量方面，北部湾油田海域高于其他3个油田。Cd含量方面，北部湾油田海域、文昌油田海域、埕岛油田海域水平相当，均高于番禺油田海域。Hg含量方面，埕岛油田海域水平最高，北部湾油田海域次之，明显高于文昌油田海域和番禺油田海域。

表3 其他油田沉积物重金属含量 1.0×10－6kg／kg

由此可知，与国内其他海洋油田相比，北部湾油田海域沉积物中重金属Zn含量处于较高水平。

3 结 论

◆北部湾油田海域沉积物中重金属含量符合第一类沉积物质量标准，属于轻微生态危害。

◆2013年北部湾油田沉积物重金属富集程度由大到小为Pb＞Zn＞Cd＞Hg，Pb和Zn属于中污染水平，Cd和Hg属于低污染水平，2011年以后Cd富集系数上升明显。

◆北部湾油田海域沉积物中重金属属于轻微生态危害，2013年，潜在生态危害程度由重到轻排列为Cd＞Hg＞Pb＞Zn，2011年后Cd的生态危害指数增幅明显。

◆与临近海域相比，北部湾油田海域沉积物中重金属Cd含量处于较高水平；与国内其他海洋油田相比，北部湾油田海域沉积物中重金属Zn含量处于较高水平。

［1］ 丘耀文，彦文，王肇鼎，等.大亚湾海水沉积物和生物体中重金属分布及其生态危害［J］.热带海洋学报，2005，24（5）：69-76.

［2］ 孙元敏，陈彬，黄海萍，等.中国南亚热带海岛海域沉积物重金属污染及潜在生态危害［J］.中国环境科学，2011，31（1）：123-130.

［3］ 陈静生，邓宝山.环境地球化学［M］.北京：海洋出版社，1990.

［4］ 李永霞，郑西来，孙娟.埕岛油田海域重金属含量分布与生态环境质量评价［J］.海洋环境科学，2012，31（2）：190-194.

［5］ GB 17378—2007海洋监测规范［S］.

［6］ GB／T 19485—2004海洋工程环境影响评价技术导则［S］.

［7］ GB 18668—2002海洋沉积物质量［S］.

［8］ 兰圣迎，吴玲玲，陈洁，等.湛江南柳河入海排污口邻近海域沉积物重金属污染评价［J］.海洋通报，2007，26（2）：38-41.

［9］ 刘芳文，颜文，王文质，等.珠江口沉积物重金属污染及其潜在生态危害评价［J］.海洋环境科学，2002，21（3）：34-38.

［10］周德山，张晴，宋向明，等.洪泽湖表层沉积物中重金属的分布特征及潜在生态危害［J］.淮海工学院学报（自然科学版），2012，21（2）：39-43.

［11］Lars Hakanson.An Ecological Risk Index for Aquatic Pollution Control-A Sediment Ecological Approach［J］.Water Research，1980（14）：975-1000.

［12］腾德强，吕颂辉，郭福星，等.长江口及其邻近海域表层沉积物中重金属分布和潜在生态危害评价［J］.海洋地质与第四纪地质，2012，32（2）：11-19.

［13］张丽旭，蒋晓山，赵敏，等.长江口洋山海域表层沉积物重金属的富集及其潜在生态风险评价［J］.长江流域资源与环境，2007，16（3）：351-356.

［14］黎清华，万世明，李安春，等.广西钦州湾-防城港潮间带表层沉积物重金属生态风险评价［J］.海洋科学进展，2012，30（1）：141-154.

［15］崔振昂，郑志昌，林进清，等.广西北海近岸海域沉积物中重金属分布特征及生态风险评价［J］.安全与环境工程，2010，17（1）：31-35.

［16］阳杰，曹玲珑，姜万钧，等.洋浦港近岸海域沉积物中重金属含量分布特征及污染评价［J］.海洋湖沼通报，2012（4）：121-128.

1005-3158（2014）06-0014-04

2014-05-29）

（编辑 王薇）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.06.005

国家海洋局公益性行业科研专项（201005012）。

兰圣迎，2002年毕业于中国海洋大学海洋管理专业，硕士，高级工程师，现在国家海洋局南海环境监测中心从事海洋环境监测与评价工作。通信地址：广州市新港西路155号南海环境监测中心，510300