连云港南海域沉积物重金属分布及其潜在生态风险评价

田慧娟，刘吉堂，吕海滨，张瑞

（1.江苏省海洋资源开发研究院 海洋信息技术中心，江苏 连云港 222001；2.淮海工学院 测绘工程学院，江苏 连云港 222005；3.国家海洋局 连云港海洋环境监测站，江苏 连云港 222042）

随着海洋资源开发利用活动日趋频繁和深入，以及各种工农业和生活污水排放，产生了一系列海洋环境污染问题［1－4］，如富营养化、有机物污染、重金属污染等.其中重金属作为重要污染物之一，有来源广、易蓄积、不易发现、难于恢复等特征，对海洋环境造成污染［5］，对水生生物易造成生态危害［6］，对人体健康有较大的负面影响［7］，蓄积在沉积物中的重金属在一定条件下易释放造成二次污染［8］，因此，对海洋沉积物重金属污染调查与评价是非常重要的工作.作为国际沉积物重金属评价方法之一——“潜在生态风险评价法”，它结合环境化学、生物毒理学方面内容，以定量的方法计算重金属潜在危害指数并划分危害等级，是目前此类研究中应用较为广泛的一种评价方法［9］.如张丽旭等［10］对东海3 个倾倒区，刘孟兰等［11］对南海重点区域，张亮等［12］对岚山港附近海洋进行了表层沉积物重金属污染特征及潜在生态风险评价的研究.关于连云港不同功能区沉积物重金属对比以及其潜在生态风险评价鲜有报道，并且从不同功能海区进行评价与对比，更具现实指导意义.

根据海洋资源开发功能不同，连云港海域划分出河口区、海水增养殖区和海洋倾倒区3个重点功能区；其中河口区平均每年接纳400 400万m3污水，倾倒区自使用以来共接纳约170万m3海洋疏浚物，这些污水和疏浚物中携带大量重金属污染物［13］，这3个功能区为重点监测区.本研究于2013年3月份和10月份对连云港海域表层沉积物重金属含量进行调查分析，并采用沉积物重金属潜在生态风险指数评价法进行评价，以期进一步为连云港海域环境质量评价和生态环境保护提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 样品采集

本次调查范围为119°43′～119°59′E，34°28′～34°38′N，共设11个站，河口区布设S01－S03站位，养殖区为S04－S08，倾倒区为S09－S11，见图1.分别于2013年3月份（枯水期）、10月份（丰水期）采集各站位表层沉积物样品，其中测定Cu，Zn，Pb，As，Cd的样品放入干净的聚乙烯袋中，扎紧保存；测定Hg的样品盛入500 mL磨口瓶中，密封保存.沉积物样品的储存与运输严格按照GB17378.3—2007［14］的相关规定执行.

1.2 分析方法

沉积物样品置于烘干箱内105℃（Hg样品40℃）恒温烘干，并用玛瑙研钵研磨后过160目（孔径为96μm）筛供分析备用.Cu，Zn，Pb，Cd用原子吸收法测定，As，Hg用原子荧光法测定，具体方法参见文献［15］.

1.3 潜在生态风险评价法

采用瑞典学者Hakanson提出的潜在生态风险指数法［16］，从重金属的生物毒性角度对沉积物重金属元素进行评价.该方法中，单个重金属的污染指数和单个重金属的潜在生态风险指数计算公式分别为

式中：Cis为表层沉积物第i种重金属含量实测值为第i种重金属的背景参比值.为增强与其他评价结果的可比性，本文重金属背景值选用国际上常用的工业化以前沉积物重金属的高背景值，见表1.Tir为第i 种重金属的毒性系数（表1），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.

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

表1 沉积物重金属的背景参照值和毒性系数Tab.1 Background reference valuesand toxicity coefficientsof heavy metal in sediments

表1 沉积物重金属的背景参照值和毒性系数Tab.1 Background reference valuesand toxicity coefficientsof heavy metal in sediments

重金属 Cin／（mg·kg－1） Tir 重金属 Cin／（mg·kg－1） Tir Cu 30 5 As 15 10 Zn 80 1 Cd 0.5 30 Pb 25 5 Hg 0.2 40

2 结果与讨论

2.1 重金属含量单一因子评价

以国家海洋沉积物质量第1类标准为评价标准［18］（表2），对图2中3月份和10月份沉积物重金属含量进行评价.评价结果为：11个站位6种重金属监测数据全部符合国家海洋沉积物质量第1类标准，表明沉积物质量状况良好，该海域未受到重金属的污染.

表2 国家海洋沉积物重金属质量标准Tab.2 Heavy metals of marine sediment quality by national standard

2.2 重金属分布特征

2.2.1 空间上分布特征

图2黑色柱状图显示了3月份11站位的表层沉积物重金属分布情况.Cu，Zn，Pb，As，Cd，Hg 6种重金属质量分数最高值分别为35.2，81.1，15.4，17.7，0.230，0.112mg／kg，均出现在河口区的S01站位，即靠近河口沿岸的站位，该海域受河口污水和附近燕尾港区排污的双重影响［19］，沉积物重金属含量较高；同时6种重金属从S01到S02再到S03均有依次降低的规律，说明重金属含量分布受扩散作用由近岸向外海逐渐降低［20］；河 口 区Cu，Zn，Pb，As，Cd，Hg 质 量 分 数 均 值 依 次 为20.43，63.23，10.09，15.47，0.142，0.053mg／kg.倾倒区除Hg外其他5 种重金属含量低于河口区而高于养殖区，且该海域含量分布均为S11＞S10＞S09，倾倒区中心点S11重金属含量最高，S10，S09距离倾倒区中心依次向外，含量依次降低，重金属含量分布与距离倾倒区中心远近有直接关系，证明倾倒物对附近海域是有一定影响的，疏浚物的倾倒是该海区重金属污染的主要来源.养殖区各站位重金属含量较低且较为相近，该区距河口区、倾倒区在空间上有一定距离，这反映出该区受外部干扰较少，沉积物重金属含量波动较小；养殖区Cu，Zn，Pb，As，Cd，Hg质量分数均值依次为7.61，39.10，7.29，8.40，0.066，0.019mg／kg.总体来看，6种重金属含量在空间分布上有明显共同规律，即为河口区＞倾倒区＞养殖区.

图2 3，10月份11个站位表层沉积物重金属含量柱状图及各区均值折线图Fig.2 Histogram and mean value line chart of heavy metals content in surface sediment at 11sites and survey areas in March and October

图2灰色柱状图显示为10月份表层沉积物重金属分布情况.Cu，Zn，Pb，As 4种重金属在倾倒区中心站位S11含量最高，质量分数分别为24.47，81.37，16.30，17.38mg／kg；该4种重金属在倾倒区的质量分数均值分别是19.34，68.64，14.91，14.01mg／kg.Cu，Zn，Pb，As含量由3月份河口区高于倾倒区到10月份转变为倾倒区高于河口区，一方面原因可能与8，9月份向倾倒区集中倾倒有关，另一重要原因是经历雨水充沛的丰水期，河口附近海域表层沉积物重金属被稀释扩散而降低.Cu，Zn，Pb，As质量分数在养殖区均值分别为6.39，36.26，7.25，8.14mg／kg.Cu，Zn，Pb，As 4种重金属分布规律一致，即为倾倒区＞河口区＞养殖区.10月份各站位沉积物中Cd含量均较低且分布较为均匀；Hg以河口区近岸S01站位表层沉积物为最高，含量分布与3月份相同，3月份和10月份数据显示倾倒区Hg含量一直较低，可能倾倒物中Hg含量较低或与Hg自身化学迁移转换有关［21］.

2.2.2 时间上分布特征

从时间对比看，10月份河口区、养殖区多数站位重金属含量（灰色柱）较3月份（黑色柱）有不同程度降低（图2）.河口区降幅较大，其中S01站位Cd，Pb，Cu含量的降幅分别为65%，45%和43%，随季节变化较大.该区重金属降低主要是由于丰沛的水量使得河口区表层沉积物稀释扩散所致，环境改变使重金属解析也可能是原因之一［22］.10月份倾倒区Cu，Pb，Zn，As含量明显比3月份增加，这与近期倾倒疏浚物有关［23］.

2.3 重金属潜在生态风险评价

依据重金属潜在生态风险指数可将沉积物中重金属污染状况划分为5个等级［16］；重金属的潜在生态风险指数与污染程度的具体关系见表3.经计算得出3月份和10月份各站位沉积物重金属潜在生态风险指数，列于表4和表5.

表3 重金属潜在生态风险指数（Eir）与污染程度的关系Tab.3 Relationship between the potential ecological risk coefficients（Eir）of heavy metals and pollution level

从表4和表5计算结果来看，3月份和10月份河口区、倾倒区、养殖区11 个站位表层沉积物中重金属的潜在生态风险指数均小于40，这表明该调查海域表层沉积物重金属对海洋生态系统的潜在危害风险较低.3月份和10月份沉积物重金属对该海域生态潜在危害的影响程度分别为Hg＞Cd＞As＞Cu＞Pb＞Zn和Hg＞As＞Cd＞Cu＞Pb＞Zn.表明对该海域生态潜在危害影响相对较大的是Hg，Cd，As 3种重金属，需重点关注；而Cu，Pb，Zn的潜在生态危害较小.

从空间差异上看，3月份，河口区站位S01各重金属的潜在生态危害程度明显高于其他站位，这与重金属含量分布分析的结果相一致；10月份，倾倒区重金属的潜在生态风险指数高于其他二区.重金属潜在生态风险指数在3月份和10月份的低值多出现在养殖区，表明养殖区潜在生态危害最低，这对该区海洋养殖提供了重要参考.

从时间上比较，3月份Cu，Cd，As，Hg重金属生态风险指数均值高于10月份的均值，Zn，Pb均值略低于10月份.

表4 3月份各站位沉积物重金属的潜在生态风险指数（Eir）Tab.4 Potential ecological risk coefficients（Eir）of heavy metals in sediments from sites in March

表5 10月份各站位沉积物重金属的潜在生态风险指数（Eir）Tab.5 Potential ecological risk coefficients（Eir）of heavy metals in sediments from sites in October

与邻近中国海域相比，连云港南海域沉积物重金属潜在生态风险指数不高，相比之下连云港沉积物重金属整体潜在生态风险较低（表6）.与国外海域研究相比，连云港海域Cu，Zn，As潜在生态风险指数略高于伊朗里海东南海域而略低于瑞典奥斯卡港海域；红海靠近埃及近岸海域及韩国蔚山湾近岸海域各重金属生态风险均高于连云港，尤其蔚山湾近岸海域各重金属的生态风险指数远远高于连云港及表中其他海域，与该海湾接纳当地工业污水密切相关.

表6 连云港3，10月份沉积物重金属的潜在生态风险指数（Eir）与其他海域对比Tab.6 Contrast of the potential ecological risk coefficients（Eir）of heavy metals in sediments with other sea areas

3 结论

1）调查海域沉积物中Cu，Zn，Pb，As，Cd，Hg 6种重金属含量全部符合国家海洋沉积物质量第1类标准，表明沉积物质量状况良好，该海域未受到重金属的污染.

2）沉积物重金属空间分布：3月份，重金属Cu，Zn，Pb，As，Cd，Hg的含量分布有明显共同规律，总体趋势为河口区＞倾倒区＞养殖区；10月份，Cu，Zn，Pb，As的站位分布规律一致，即倾倒区＞河口区＞养殖区，河口区重金属含量有明显下降.重金属含量时间对比表明：10月份河口区、养殖区多数站位重金属含量较3月份有不同程度降低，而倾倒区Cu，Pb，Zn，As含量明显比3月份增加.

3）重金属潜在生态风险评价表明：调查区域内重金属的潜在生态风险指数均小于40，表明该海域表层沉积物重金属对海洋生态系统的潜在危害风险较低.养殖区潜在生态危害最低，这对该区海水养殖提供了重要参考.3月份和10月份沉积物重金属对海洋生态系统潜在危害的影响程度为Hg＞Cd＞As＞Cu＞Pb＞Zn和Hg＞As＞Cd＞Cu＞Pb＞Zn.

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