苍南沿浦湾海域表层沉积物重金属风险评价与来源分析

陈星星，柯爱英，曾国权，陆荣茂，薛 峰，黄振华

（浙江省海洋水产养殖研究所浙江省近岸水域生物资源开发与保护重点实验室，浙江温州 325005）

文献著录格式：陈星星，柯爱英，曾国权，等.苍南沿浦湾海域表层沉积物重金属风险评价与来源分析［J］.浙江农业科学，2016，57 （3）：406-409.



苍南沿浦湾海域表层沉积物重金属风险评价与来源分析

陈星星，柯爱英，曾国权，陆荣茂，薛 峰，黄振华*

（浙江省海洋水产养殖研究所浙江省近岸水域生物资源开发与保护重点实验室，浙江温州 325005）

文献著录格式：陈星星，柯爱英，曾国权，等.苍南沿浦湾海域表层沉积物重金属风险评价与来源分析［J］.浙江农业科学，2016，57 （3）：406-409.

摘 要：通过测定苍南沿浦湾海域表层沉积物中重金属的含量，采用地累积指数I(geo)和沉积物污染指数（SPI）评价了沉积物重金属的累积程度和生态潜在风险，并运用主成分分析和相关方法对重金属来源进行分析。结果表明，沉积物Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg和As的含量分别为25.77～41.23，26.92～40.91，0.039～0.087，79.9～110.28，62.74～106.36，0.074～0.089和10.24～14.73 mg·kg(-1)。沿浦湾海域沉积物重金属生态风险较低，SPI值1.15～1.46，总体上处于自然状态。站位点海域污染顺序呈现出近岸高、远岸低，湾内高、湾外低的变化趋势。沉积物中的重金属主要来自过往船只与生活污染。

关键词：沉积物；重金属；风险评价；变化趋势；来源分析

重金属在大气、水体、土壤、生物体中广泛分布，底泥往往是重金属的储存库和最后的归宿。重金属不能被生物降解，且具有生物累积性。底泥中的重金属若长期累积，将对海洋渔业养殖产生严重危害，引发经济损失。本研究基于2014年10月在苍南沿浦湾海域采集的表层沉积物，采用主成分分析法解析了7种重金属（Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As）可能的污染源，并对其污染程度及潜在生态风险进行评价，以期为苍南沿浦湾海域重金属污染防治和生态环境保护提供依据。

1　材料与方法

1.1仪器与试剂

原子吸收光谱仪AA-240FS（美国瓦里安公司）；原子荧光光谱仪AFS9800（北京海光仪器公司）；ETHOS1微波消解仪（意大利麦尔斯通公司）。浓硝酸和浓盐酸均为优级纯，国药集团化学试剂有限公司；Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As标准储备液，1 000 mg·L-1，上海安谱科学仪器有限公司；去离子水。

1.2样品采集

沉积物样品于2014年10月采集自苍南沿浦湾海域，样品数量9个。采样站位分布如图1所示。利用抓斗式采泥器采集表层沉积物（0～10 cm），用聚丙烯塑料勺取足够的沉积物于聚丙烯塑料袋中，采回的底泥样品在通风干燥处自然风干，再用研钵磨碎，过160目（0.094 mm）筛，用样品袋封存备测。处理方法均参照GB 17378.3—2007海洋监测规范第3部分中的相关规定执行。

图1　采样站的地理位置

1.3试验方法

对采集的表层沉积物样品，参照GB17378.5—2007规定的火焰原子吸收分光光度法分别测定Cu，Pb，Zn含量；参照GB 17378.5—2007，采用无火焰原子吸收分光光度法测定Cd含量，采用原子荧光法测定Hg，As含量；参照HJ 491—2009，采用无火焰原子吸收分光光度法测定Cr含量。Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As的检出限分别为2.0，3.0，0.04，6.00，2.00，0.002和0.06 mg·kg-1。

1.4沉积物评价和分析

采用Mu11er提出的地累积指数Igeo评价单个重金属的累积污染程度［1］。计算公式：

式中，Cn是某元素在沉积物中的质量分数，Bn为浙江近岸海域沉积物背景值。

根据地累积指数Igeo的数值大小，可将污染分为7级：0级（＜0），无污染；1级（0～1），轻度污染；2级（1～2），中度污染；3级（2～3），较重污染；4级（3～4），重污染；5级（4～5），超重污染；6级（5～6），极重污染。

根据丁喜桂［2］的研究，浙江近岸海域沉积物中Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As的背景值分别为21.51，29.04，0.104，83.61，66.15，0.040 7和8.66 mg·kg-1。采用沉积物污染指数法（SPI）对苍南沿浦湾海域沉积物中重金属的综合潜在生态风险进行评价［3］。依据SPI值沉积物重金属生态风险分级为自然状态（0～2），低污染（2～5），中度污染（5～10），高度污染（10～20）和危险污染（＞20）。

1.5数据分析

本文中应用的相关分析和因子分析均在SPSS 19中进行。

2　结果与讨论

2.1沉积物重金属分布与评价

苍南沿浦湾海域沉积物重金属分布如图2所示。各监测点位沉积物中Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As的含量分别为25.77～41.23，26.92～40.91，0.039～0.087，79.9～110.28，62.74～106.36，0.074～0.089和10.24～14.73 mg·kg-1。Cu平均含量为35.14 mg·kg-1，大于浙江近岸海域沉积物背景值（21.51 mg·kg-1），最大值出现在站位点6，为背景值的1.92倍，存在一定程度的污染，超过海洋沉积物质量标准（GB 18668—2002）第1类的限量值（35.0 mg·kg-1），可能对渔业养殖产生危害。Pb平均含量为34.54 mg· kg-1，亦大于背景值（29.04 mg·kg-1），最大值也出现在站位点6，为背景值的1.41倍，可能对渔业养殖存在危害。Cd平均含量为0.073 mg· kg-1，低于背景值（0.104 mg·kg-1），最大值出现在站位点3，不超过海洋沉积物质量标准（GB 18668—2002）指标的第1类的限量值（0.50 mg· kg-1），表明苍南沿浦湾海域沉积物未受到Cd污染的影响。Zn平均含量为100.72 mg·kg-1，大于背景值（83.61 mg·kg-1），最大值出现在站位点2，为背景值的1.32倍，可能对渔业养殖存在危害；Cr平均含量为79.54 mg·kg-1，大于背景值（66.15 mg·kg-1），最大值出现在站位点6，为背景值的1.61倍，可能对渔业养殖存在危害。Hg平均含量为0.080 mg·kg-1，大于背景值（0.0407 mg·kg-1）；Cr平均含量为12.52 mg·kg-1，大于背景值（8.66 mg·kg-1）；但两者均未超过海洋沉积物质量标准（GB 18668—2002）指标的第1类的限量值。

图2　苍南沿浦湾沉积物重金属含量分布

利用Igeo和SPI分别评价单个重金属（表1）和沉积物整体（图3）的污染风险。从表1可以看出，Cu在苍南沿浦湾海域属轻度污染，其中除了在站位点7的地累积指数＜0外，其他8个站位点的地累积指数均为0～1，属轻度污染。各位点Pb，Cd的地累积指数均＜0，说明苍南沿浦湾海域沉积物中Pb，Cd尚处于无污染状态。Zn在苍南沿浦湾海域总体上无污染，其中，仅站位点5的地累积指数为0.03，属轻度污染；其他8个站位点的地累积指数均＜0，属无污染。Cr在苍南沿浦湾海域总体上也无污染，除站位点6为轻度污染外，其他8个站位点均无污染。Hg在苍南沿浦湾海域属轻度污染，9个站位点的地累积指数均为0～1，属轻度污染。As在苍南沿浦湾海域属总体上无污染，但1，2，8和9站位点的地累积指数均属轻度污染。

表1　各位点沉积物重金属地累积指数

对重金属毒性赋值、进行计算，得到苍南沿浦湾海域沉积物的SPI值（图3）。结果表明，各点位SPI值1.15～1.46，表明沿浦湾海域沉积物仍处于自然状态，尚不构成生态风险。

图3　苍南沿浦湾沉积物污染指数评价

总体来看，9个站位点的沉积物均处于自然状态。其中，1，2，8，9地区沉积物的主要污染因子为Cu，As和Hg，均属于轻度污染状态；3，4地区沉积物的主要污染因子为Cu，Hg，属于轻度污染状态；5地区沉积物的主要污染因子为Cu，Zn，Hg，属于轻度污染状态；6地区沉积物的主要污染因子为Cr，Cu，Hg，属于轻度污染状态；7地区沉积物的主要污染因子为Hg，属于轻度污染状态。苍南沿浦湾各个站点间依SPI值排序如下：1＞6＞4＞3＞5＞2＞9＞8＞7，呈现近岸高、远岸低，湾内高、湾外低的变化趋势。究其原因，站位点1，6受陆源性河口输入的影响，并且湾内水质交换周期相对湾外更长，因此，SPI值较高；9＞8 ＞7的结果也更能佐证前述“两高两低”的规律，3个站位点均位于湾外，但由于8和7比9要远离近岸，受陆源影响相对较小，因此，其值要小于9。

3　重金属来源分析

苍南沿浦湾沉积物中的重金属可能来源于海域停靠以及过往船只废油、生活污水的排放，土壤自然风化和侵蚀等；也有可能来自于分散污染源排放的污染物，经过降水、冲刷、沉积等过程而积累下来；也有可能来源于人类活动，如农业面源污染、居民生活废水。由沉积物重金属相关性分析结果（表2）可知，Cr，Cu，Zn均与Pb具有显著相关性，表明其来源可能相同。

表2　苍南沿浦湾沉积物重金属来源的相关性

表3　重金属来源主成分分析结果

利用主成分分析对现有的重金属污染进行来源分析（表3），结果显示，苍南沿浦湾海域表层沉积物中重金属主要来自2个方面：第1方面是主要因素，贡献率达52.78％；第2个方面的贡献率达17.26％；两者合计，约可以解释70％的变异来源。成分1的特点表现为因子变量在Cr，Cu，Zn，Pb，Cd含量上有较高的正载荷。这主要是因为苍南沿浦湾四面环山，基本上无工业，重金属可能来源于该海域停靠以及过往船只的废油，以及船上生活污水的排放，也极有可能来源于人类活动，如农业面源污染、居民生活废水。成分2的贡献率为17.26％，Hg的载荷较高，可以归纳为沉积物自身释放的重金属。

4　小结

苍南沿浦湾海域沉积物Cu，Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As平均含量分别为35.14，34.54，0.073，100.72，79.54，0.080和12.52 mg·kg-1。Pb，Cd，Zn，Cr，Hg，As含量均符合海洋沉积物质量（GB 18668—2002）指标第1类限量值，56％站位的Cu含量和33％站位的Cr含量超过第1类海洋沉积物质量标准。

苍南沿浦湾海域沉积物总体上处于自然状态，各站位呈现近岸高、远岸低，湾内高、湾外低的变化趋势，体现陆源输入的影响。

苍南沿浦湾海域的重金属主要来自2方面：一是来往船只、生活污染造成的Cr，Cu，Zn，Pb，Cd沉积；二是沉积物自身释放的Hg。

参考文献：

［1］JIA Z B，ZHOU H，ZHAO Z J，et a1.The app1ication of the index of geoaccumu1ation to eva1uate heavy meta1 po11ution in sediments in the Benxi Swction of the Taizi River［J］.Acta Scientiarum Natura1ium Universitatis Pekinensis，2000，36 （4）：525-529.

［2］丁喜桂.浙江近岸海域沉积物中痕量金属地球化学特征及环境质量评价［D］.青岛：山东科技大学，2006.

［3］文梅，鞠莲，易柏林，等.双台子河口沉积环境质量综合评价［J］.中国海洋大学学报（自然科学版），2011，41（增刊）：391-397.

（责任编辑：高 峻）

通信作者：黄振华（1982—），女，浙江温州人，研究生，工程师，主要研究方向为水产养殖，E-mai1：258323195@qq.com。

作者简介：陈星星（1988—），男，浙江台州人，助理工程师，本科，主要研究方向为水产品质检与营养分析，E-mai1：363316091 @qq.com。

基金项目：温州市招标项目（DHCG20140903）；浙江省科技计划项目（2013C320590）；浙江省2012海洋环保项目

收稿日期：2015-11-16

中图分类号：X55

文献标志码：A

文章编号：0528-9017（2016）03-0406-04

DOI：10.16178/j.issn.0528-9017.20160338