金塘岛海域表层沉积物重金属分布特征与潜在生态风险研究

薛　彬，何依娜，胡红美，李铁军，梅光明

（浙江省海洋水产研究所，农业部重点渔场渔业资源科学观测实验站，浙江省海洋渔业资源可持续利用技术研究重点实验室，浙江舟山　316021）

金塘岛海域表层沉积物重金属分布特征与潜在生态风险研究

薛彬，何依娜，胡红美，李铁军，梅光明

（浙江省海洋水产研究所，农业部重点渔场渔业资源科学观测实验站，浙江省海洋渔业资源可持续利用技术研究重点实验室，浙江舟山316021）

利用波动系数、富集系数、潜在生态危害指数法结合我国的海洋沉积物标准对浙江省舟山市金塘岛海域春、秋季的表层沉积物进行了详细评价。研究结果表明：（1）金塘海域春季不同种类的重金属的分布离散性差异明显，春季Cu和Hg的空间分布最不均匀，而As和Zn的离散性较小，秋季各重金属元素则分布较为均一；（2）春季富集系数分析，最高为Pb，属中度污染，其余种类属低污染；秋季的值，均属低污染范围，总体来看，该区重金属离子的富集度季节性变化不大，其主要的污染因子为Pb；（3）金塘海域春季潜在生态风险因子和总的潜在生态风险程度均属为低度。秋季两项指标较春季更小，且各站位的指标相差不大，且有明显下降，其可能是较高的水温和流场（暖流）共同作用的结果。

金塘；表层沉积物；重金属；空间分布；富集系数；生态风险

海域是从源到汇的理论的终端，而表层沉积物是其中重要的节点之一，其环境状况受地表径流等陆源物质和海水交换的共同作用的结果，对表层沉积物的研究是理解区域环境演变的钥匙。其重金属含量可以通过食物链对人体产生重大的影响，因而其研究更有重要的现实意义。

表层沉积物重金属含量是水动力条件变化，沉积物的积吸附作用和析出作用等（如气候、水动力条件、环境理化因子）共同影响的结果，表现出比水体含量高，较稳定，且有明显的时空分布规律［1-5］。本文在调查分析的基础上利用波动系数、富集系数、潜在生态危害指数法［6-7］结合我国的海洋沉积物标准对浙江省舟山市金塘岛海域春、秋季的表层沉积物进行了详细评价，为该区域的开发利用提高科学的考量。

1　材料与方法

1.1研究区域概况

金塘岛附近海域地处长江口、杭州湾南部，紧邻甬江入海口，受地表径流来水影响较大。海域总体呈南北走向延伸，周围流场沉积物来源多样，水下地形陡峭，是典型的潮汐通道。金塘海域属不规则半日混合潮，多年平均潮差1.81 m，最大潮差3.36 m，属于弱潮海区［8-9］。潮流的运动形式为往复流，垂线平均流速大多为0.3～1.0 m/s，且流向基本与岸线走向平行。但受舟山南部众多岛屿的掩护，外海波浪不易传入，且当地风浪的平均波高仅为0.2 m。因此水道主要受潮动力的控制［10-11］。

1.2方法

按照均匀布设的原则，调查主要集中在金塘岛西侧的金塘水道海域，少数分布在金塘岛和册子岛之间的桃夭门水道，范围大致在 121°42.518'-121°59.450'E，30°7.811'-29°57.687'N之间。按照《海洋调查规范》（GB/T 12763-2007）、《海洋监测规范》（GB 17378-2007）等规定，利用自主研发的表层锚式采泥器，分别于2013 年5月、2013年10月在金塘岛附近海域10个站点进行了沉积物采样，样品量大于1 kg，见图1。根据（GB17378-2007）的要求分析Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As等。分析方法见表1。

图1　研究区范围与站位图Fig.1　The location map of survey sits in spring and autumn of the surface sediments around Jintang Is.

表1　水体样本的检测参数及分析方法Tab.1　Water quality factors and its analysis method

2　结果与讨论

2.1分析结果

2013年5月份（春季），春季调查结果Cu测值在7.6～26 mg/kg之间，平均值为16 mg/kg，Pb：测值在14～42 mg/kg之间，平均值为30 mg/kg。Zn测值在25～47 mg/kg之间，平均值为36 mg/kg。Cd测值在0.059～0.13 mg/kg之间，平均值为0.095 mg/kg。Hg：测值在0.0085～0.1 mg/kg之间，平均值为0.071 mg/kg。砷：测值在9.1～14 mg/kg之间，平均值为11 mg/kg。Cr：测值在24～56 mg/kg之间，平均值为40 mg/kg。所有调查站位均符合第一类沉积物质量标准。

2013年10月份（秋季），Cu测值在11～25 mg/kg之间，平均值为20 mg/kg。Pb：测值在17～27 mg/kg之间，平均值为21 mg/kg。Zn：测值在21～35 mg/kg之间，平均值为29 mg/kg。Cd测值在0.041～0.060 mg/kg之间，平均值为0.052 mg/kg。Hg：测值在0.019～0.039 mg/kg之间，平均值为0.029 mg/kg。砷：测值在5.9～12 mg/kg之间，平均值为10 mg/kg。Cr测值在22～47 mg/kg之间，平均值为41 mg/kg。所有调查站位均符合第一类沉积物质量标准。

2.2空间波动与富集特征

利用变异系数法分析了重金属离子的空间波动情况，系数越大反应了该种重金属的空间变化越激烈，变异系数计算公式如下：

式中：CV为变异系数；S2表示某一重金属参数空间序列的标准偏差；表示某一重金属参数空间序列的平均值。

利用富积系数可以得到金塘海域定量的表层沉积物中各种重金属的富积状况，富积系数计算公式：

表2　

将金塘岛春秋两季的调查分析得到的重金属结果放入上述两个计算公式，归纳到表3和表4。

表3　金塘岛附近海域春（s）秋（a）季表层重金属含量（mg/kg）及其变异系数（CV）Tab.3　The heavy metal contents and their variation coefficients（CV）in spring and autumn of the surface sediments around Jintang Is.

表3列出了春秋季表层沉积物中各重金属元素的变异系数（CV），CV越大表明该种重金属含量的空间分布越分散，波动性越大。分季节看，金塘海域春季Cu的CVs最大，其次是Hg，其系数分别为0.40和0.39，最小和次小分别是As和Zn，其值为0.14、0.18，这表明春季Cu和Hg的空间分布最不均匀，波动最大，而As 和Zn的离散性较小；秋季CVa的最大值出现在As，其值达到0.37，剩下的重金属指标均较小，介于0.13～0.26之间。春秋两季的对比可以看到，秋季总体的波动程度较春季大幅度变小，这可能与水温升高促进了重金属的活跃程度，已达到新吸附和析出的平衡。值得一提的是两季间，As的离散度变大，这可能与其特殊的元素性质有关。重金属的平均含量出了Hg和Cd变化幅度较大外，其他含量也相对稳定。

表4　金塘岛附近海域春（s）秋（a）季表层重金属富集系数Tab.4　The accumulation coefficient of the heavy metalin spring and autumn of the surface sediments around Jintang Is.

表4　金塘岛附近海域春（s）秋（a）季表层重金属富集系数Tab.4　The accumulation coefficient of the heavy metalin spring and autumn of the surface sediments around Jintang Is.

元素名称　Cu　Zn　Pb　Cd　Cr　Hg　As S01s S04s S05s S07s S09s S10s S11s S14s S17s S19s春季平均S01a S04a S05a S07a S09a S10a S11a S14a S17a S19a秋季平均0.57 0.63 0.31 0.33 0.53 0.25 0.53 0.87 0.87 0.53 0.54 0.67 0.83 0.70 0.67 0.67 0.73 0.67 0.70 0.37 0.50 0.65 0.49 0.48 0.53 0.41 0.59 0.31 0.46 0.41 0.36 0.43 0.45 0.26 0.39 0.44 0.41 0.41 0.43 0.41 0.41 0.41 0.43 0.40 0.56 1.48 1.36 0.92 1.68 0.92 1.40 1.68 1.04 1.04 1.21 1.00 0.88 0.72 0.76 0.76 1.00 1.08 0.68 0.96 0.72 0.86 0.16 0.17 0.22 0.12 0.24 0.22 0.12 0.18 0.26 0.20 0.19 0.08 0.10 0.09 0.09 0.11 0.12 0.12 0.11 0.11 0.11 0.10 0.90 0.70 0.40 0.83 0.53 0.67 0.57 0.50 0.93 0.57 0.66 0.70 0.58 0.37 0.73 0.72 0.75 0.78 0.70 0.65 0.78 0.68 0.26 0.43 0.04 0.50 0.29 0.50 0.37 0.37 0.33 0.47 0.35 0.19 0.11 0.19 0.20 0.12 0.17 0.10 0.11 0.14 0.15 0.15 0.80 0.73 0.67 0.93 0.73 0.80 0.61 0.87 0.87 0.63 0.76 0.73 0.39 0.73 0.66 0.73 0.73 0.65 0.80 0.67 0.68 0.68

表4给出了金塘岛附近海域春（s）秋（a）季表层重金属富集系数（）。从中可以看到，春季富集系数从高到低依次为Pb＞As＞Cr＞Cu＞Hg＞Zn＞Cd，最高的Pb，达到1.21，属于中度污染，而其余种类均＜1属于低污染，其中Cd的含量最低仅为0.19；秋季的值由高至低依次为Pb＞As＞Cr＞Cu＞Zn＞Hg＞Cd，且均＜1，属于低污染范围，最高仍为Pb的为0.86，最小值仍是Cd，为0.10。分站位看最大值出现在春季的S09 和S14站位，达到1.68。总体来看，该区重金属离子的富集度季节性变化不大，其主要的污染因子为Pb，春季达到中度污染的站位站70%，秋季有所改善中度污染站位仍有30%，其余站位虽未超标站位也接近中度污染上限。

2.3重金属的潜在生态危害评价

Hakanson潜在生态风险指数法是评价某种重金属元素毒性对生态系统的危害程度，反映了重金属在水、沉积物、生物体最终传导到人体损害健康的情况，较为通用评估技术，其计算公式如下：

式中：Eir为危害系数，意为某一重金属的危害程度；Cif为富集系数；Tir为毒性系数；RI为生态危害指数，意为总的生态风险程度。其中Tir由Hakanson［6］给出的经验模型，见表5。Hakanson［6］按照危害程度将和分别划分了5个和4个等级见表6。

表5　Hakanson毒性系数Tab.5　Hakanson toxicity conefficients of different heavy metal

表5　Hakanson毒性系数Tab.5　Hakanson toxicity conefficients of different heavy metal

元素名称　Cu　Zn　Pb　Cd　Cr　Hg　As Tir　5　1　5　30　2　40　10

表6　Hakanson危害系数与危害指数与污染程度的关系Tab.6　TheRelationshipbetweentheevaluationindicesandthepollutionlevelandpotentialecologicalriskdegree

金塘岛附近海域春秋两季的表层重金属的潜在生态风险见表7。春季单因子的潜在生态风险因子最大值到最小值依次是Hg＞Pb＞As＞Cd＞Cr＞Cu＞Zn，其中平均值最大的Hg的值仅为14，其站位最大值出现在S19也仅为18.8，均不大于40，因此该区沉积物重金属均为低度危险因子。各站位总的潜在生态风险程度RI值最大值也仅为43.06，均远小于150，属于潜在生态风险程度为低。秋季两项指标较春季更小，各站位的指标相差不大，且有明显下降，其RI平均值下降了33.6%。这种重金属元素的低生态污染风险状况的出现与金塘岛附近海区较强的潮流状态和强上升流场有关，同时可以看到秋季生态风险下降得更快，推测与相对较高的水温和流场（暖流）的析出作用有关，这些因素共同促成金塘乃至舟山渔场渔获的高产质优的原因［12-14］。

3　结论

基于金塘海域春秋两季的表层沉积物的调查数据，利用空间变异系数和富集系数分析和生态危害系数法对该海区的重金属的分布状态与浓度，特别是其生态危险进行了综合评价和探讨，研究认为：（1）金塘海域春季不同种类的重金属的分布离散性差异明显，Cu的CVs最大和最小的0.18，春季Cu和Hg的空间分布最不均匀，波动最大，而As和Zn的离散性较小；秋季CVa的最大值为As，其余重金属指标均较小，分布均匀。秋季总体的波动程度较春季大幅度变小，这可能与水温升高促进了重金属的活跃程度，已达到新吸附和析出的平衡有关。（2）春季富集系数从高到低依次为Pb＞As＞Cr＞Cu＞Hg＞Zn＞Cd，最高的Pb，属于中度污染，而其余种类属于低污染；秋季的值由高至低依次为Pb＞As＞Cr＞Cu＞Zn＞Hg＞Cd，均属低污染范围。总体来看，该区重金属离子的富集度季节性变化不大，其主要的污染因子为Pb，春季达到中度污染的站位占70%，秋季虽有所改善但中度污染站位仍有30%，其余站位虽未超标但也接近中度污染上限。（3）金塘海域春季潜在生态风险因子和总的潜在生态风险程度均属为低度。秋季两项指标较春季更小，且各站位的指标相差不大，且有明显下降，其RI平均值下降了33.6%，其可能是较高的水温和流场（暖流）共同作用的结果。

表7　潜在生态危险评估结果Tab.7　The results of potential ecological risk evaluation of the heavy metals

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Research on the Distribution Characteristic and Potential Ecological Risks of Heavy Metal Pollution in the Surface Sediments of Jintang Islands

XUE Bin，HE Yi-na，HU Hong-mei，et al
（Marine Fisheries Research Institute of Zhejiang Province，Key Research Station for Fisheries Resources of Main Fishing Ground Ministry of Agriculture，Key Laboratory of Sustainable Utilization of Technology Research for Fishery Resource of Zhejiang Province，Zhoushan316021，China）

The research including Cu/Pb/Zn/Cd/Hg/Cr/As of heavy metals in the surface sediments from the sea region of Jintang Is.of Zhoushan Islands.Moreover，the degree in spatial fluctuation and accumulation of heavy metals was analyzed by using the method of variation coefficients and accumulation coefficients.The method of potential ecological risk indices presented by Lar Hakanson was used to assess the potential ecological risk of heavy metals.The Cu and Hg spatial fluctuation is highest in spring，on the contrary As and Zn was appears to be the lowest；all of the heavy metals is general uniformity in autumn.The degrees accumulation of heavy metals show the Pb is the main source of pollution，reach to moderate degree in spring and the abundantis the highest in autumn，but decline to light pollution.The assessment of potential ecological risk revealed that the potential ecological risk of these heavy metals to the ocean ecology system is very light，which belongs to light potential ecological risk level，with the order of light potential.Obviously，the risky in autumn is lower than the one in spring，that hint the combined action of the water temperature and flow field（warm current）.

Jintang island；surface sediment；heavy metals；spatial fluctuation；accumulation degree；potential ecological risk

X55

A

1008-830X（2015）03-0238-06

2014-11-30

浙江省科技厅院所专项（2014F30024）；浙江省重大科技专项（2012C13005）；浙江省省属科研院所扶持专项（2012F20026）；浙海渔计［2011］123号

薛彬（1983-），男，辽宁鞍山人，硕士，工程师，研究方向：海洋渔业环境.Email：xuebin.soa@gmail.com