唐山滨海湿地沉积物重金属污染评价

郝彪 高莲凤 张振国 周巍 李璞壮

摘要：通过对唐山滨海湿地表层沉积物采样，采用3种不同的方法，评价了不同采样点重金属元素Pb、cr、zn、cu、cd、As、Hg污染水平，并进行级别的划分;分析了不同重金属元素富集的影响因素，为判别其沉积物来源提供依据;通过潜在生态危害评价方法评价重金属对该区域生物的影响，以期为渤海湾重金属防治提供参考资料。结果表明，渤海湾唐山滨海湿地表层沉积物中各重金属的污染程度从大到小依次为：Pb>cr>zn>cu>cd>As>Hg;主要污染指示为zn、cr和Pb等元素;其表层沉积物As、cd、Hg、Pb、cu、cr、zn存在低等潜在危害程度;重金属元素对生态城生物为负面效应且偶尔发生，其中As元素的潜在危害最强。

关键词：滨海湿地;重金属;污染评价;生态危害

中图分类号：X55 文献标识码：A 文章编号：1007-1903（2019）01-0048-06

0前言

从古到今，沉积环境一直是沉积学中重点研究内容。沉积物不仅为水生生物提供栖息场所和营养来源，同时也是重金属的即时“储存库”。重金属主要通过不同工矿企业外排、地面径流、源自城市的化学渗滤液、农业生产活动以及大气沉降等途径对沉积物产生污染（张保建等，2017;翟雨翔等，2009）。因此，沉积物是水生态系统中重金属污染程度的指示剂。滨海沉积物是众多污染物在环境中迁移转化的主要载体、归宿地和积蓄库，它们不仅可以表达未受工业污染影响的化学元素和化合物环境背景值（赵龙，2018;钱开铸，2017），也记录了各种污染物的来源、迁移和转化的历史。

渤海是一个半封闭的陆架边缘海，主要由辽东湾、渤海湾、莱州湾及中央海区组成，面积为7.7×104km2，平均水深18m，仅以渤海海峡与黄海相通。渤海近岸海域污染主要由陆源污染物引起，如采油厂、锌厂等工业排污以及大沽排污河等含有生活废水的河流输入等，陆源污染物约占人海污染物总量的87%。随着近代人为活动的增加渤海湾重金属污染问题也越来越受到关注。

1材料和方法

（1）样品采集

以唐山滨海湿地的表层沉积物为对象，研究范围为滦河口至陡河口之间，采样点选择在江河等自然湿地和养殖池等人造湿地。共设置采样点位12个，采集样品30个。分别为滦河口2个（L1、L2），京唐港2个（Jtl、Jt2），祥云湾1个（x），小清河4个（x1、x2、x3、x4），生态城4个（Stl、St2、St3、St4），曹妃甸工业区3个（C1、C2、C3），嘴东工业区3个（Z1、z2、z3），南堡4个（N1、N2、N3、N4），黑沿子2个（H1、H2），陡河口1个（D），涧河2个（J1、J2），湿地2个（S1、S2）（图1）。

（2）样品处理

地球化学样品制备工作在华北理工大学岩矿物测试实验室进行，用等离子体质谱仪（ICP-MS）和其他相关仪器测定沉积物样品中主、微量和稀土元素的含量。

（3）样品校正

在数据处理过程中，统计测试用于删除异常值。在对每组测量数据求平均值和成分分析之前进行正态分布检验，根据数据分布特征采用相应的检验方法和相关系数进行计算，测量精度为±0.01ug/g，取值范围是0.01。

2结果与讨论

2.1地累积指数法

1969年任职于德国海德堡大学沉积物研究所的科学家提出了地累积指数（Igco），其是探究水域水体及表层粗、细、粉砂及黏土等物质内重金属污染的量化参数（Moller G，1969），计算公式为：

式中：Igco为地累积指数;Cn为元素，n在沉积物中的含量;Bo為该元素的地球化学背景值;k为修正系数。

在成岩作用过程中，由于风化等效应、各地岩石差异以及人为因素而引起的背景值变动，引入修正系数k进行校正，一般取值为1.5（周笑白等，2015;周军等，2014）。本文选取研究区域所在地河北省的表层沉降物质地化背景值当作参考，尽可能减小误差，使研究范围内As、zn、Cd、Pb、Hg、Cr、Cu等元素的Igco切合现实，确保其污染分析更加精确。

Mnller通过研究，发现沉积物Igco等级划分标准和同污染程度之间存在的联系，将它们进行等级划分。Igco。被分成0-6七个级别，相对应的最低强度是无，最高强度是极强（表1）。根据公式（1）计算出不同取样点As、zn、Cd、Pb、Hg、Cr、Cu的，ge。（表2）;按照表1分级标准进行分级。

通过对表2进行分析，从横向上可以看出。在小清河二号采样点（x2）zn、Cu的Igco分别是0.67和0.05，均在0-1内，居于无一中度污染;Cr的Igco在2-3之间，属于中一强度污染;As、Cd、Ph、Hg均处于无污染状态。小清河三号采样点（x3），Cr处于无一中的污染级别，其他元素的Igco值均为0-1之间，没有污染。曹妃甸工业区二号采样点（C2）、南堡2号采样点（N2）和陡河口采样点（D）的Pb均属于无一中的污染级别，地累积指数分别为0.18、0.01和0.09，均大于0小于1;而Hg、Cu、zn、Cr、Cd、As的Igco值都小于0，推断在这三处未受到它们的污染。除x2、x3、C2、N2和D，其余取样点各种重金属元素地累积指数都为负数，说明这些地方处于无污染状态。各重金属的污染程度从大到小依次为：Ph>Cr>zn>Cu>Cd>As>Hg。

从纵向看，As、Cd和Hg在所有取样点都是0级，居于无污染的级别。zn、Cu于x2处均介于0-1级之间，表现为无一中度属清洁到较轻程度范围;在其他采样点，没有污染。Pb对C2、N2和D产生无一中等程度而对其他采样点均不产生污染。Cr对x2产生中等程度偏重度污染，在x3处于无一中的级别。

2.2富集因子法

在2005-2006年，Adamo等人提出了富集影响因子法，用于重金属是否为人为污染的判定。富集系数的计算公式为：

通过对表3和表4对比分析，唐山滨海湿地不同取样点表层沉降物质内As、Cu、Hg、Zn、Cd、Cr、Pb的r值表明：在唐山滨海湿地，只有x2取样点的zn、Cr和St2取样点的Pb受人为影响，污染水平分别为严重和低度，而其余采样点的重金属几乎不受人为活动的影响，污染强度轻微。污染指示为zn、Cr和Pb等元素。

2.3潜在生态危害指数法

20世纪80年代Hakanson经过长时间的研究，归纳总结出潜在生态危害指數法且后人不断改进，至今早已成为特别成熟的方法（王丽萍等，2008;胡恭任等，2011）。本文以工业化前和当代文明内重金属的浓度为标准（韩青动等，2011），计算公式为

分别采用金属污染指数和潜在生态危害指数来指示重金属污染程度，不仅可以反映某一特定环境中的各种污染物的影响，而且也能反映出多种污染物的综合影响，并且用定量的方法划分出潜在生态危害的程度。其中毒性系数反映了两方面即：环境对重金属污染的敏感和毒性水平，采用韩青动的毒性参数（表5）。因为研究的区域、目的和角度不同，选择的背景值不同，本文以工业化前和当代文明内重金属的浓度为标准（表5）（韩青动等，2011）。

根据公式（4）和公式（5），计算出滨海湿地表层沉积物内As、zn、Cd、Ph、Hg、Cr和Cu这7种元素单一和综合污染指数，结果表明，这12个地方的污染严重顺序由重到轻为小清河>生态城>南堡>曹妃甸>湿地>嘴东>陡河口>滦河口>涧河口>京唐港>黑沿子>祥云湾。在小清河处重金属元素的污染程度为高等。生态城、曹妃甸、南堡、嘴东和湿地处Ca重金属元素对这些地方为中等程度污染。在其他地方，Ca污染程度低。从整体上来看，研究区内As、Cd、Cu、Cr、Pb、Hg、zn等污染程度为中等。

多种重金属肼，又称综合潜在生态危害指数，用来反映多种重金属元素污染程度，采用公式（1）计算。

根据公式（4）、（5）和（1），计算出表层沉积物内As、zn、cd、Pb、Hg、cr、cu这7种元素的Etr和肼，计算结果如表7。

从RI来看，表7说明，唐山滨海湿地沉积物表层中的As、Cd、Hg、Pb、Cu、C、zn等元素对湿地及生物的隐伏状伤害等级轻微，其轻微潜在生态危害程度顺序是：As>Cd>Hg>Pb>Cu>Cr>zn。这12个地方的污染严重顺序由重到轻为生态城>小清河>曹妃甸工业区>南堡>湿地>陡河口>嘴东>涧河口>滦河口>京唐港>黑沿子>祥云湾。在这12个地方的RI值在13.09～68.97之间，均小于100，表明沉积物表层重金属对这些地方的潜在危害程度较低。整体上来讲，唐山滨海湿地表层沉积物As、Cd、Hg、Pb、Cu、C、zn存在低等潜在危害程度。

3结论

（1）从采样点观察，小清河、南堡、陡河口和曹妃甸工业区均有不同强度的污染，除小清河外污染程度均较弱，小清河为中一强污染。不同点位污染元素均不同，主要为Pb、Cr、zn污染，且都跟相关区域的人为活动和自然因素有关。

（2）从生态危害来看，唐山滨海湿地表层沉积物中Hg、As、zn、Ph、Cu、Cd、Cr对此区域潜在生物危害程度为低等。对湿地和区域内生物的隐伏伤害较轻微，即基本不构成伤害。其中，生态城中重金属对生物的负面效应偶尔发生，潜在生态危害程度顺序是：As>Cd>Hg>Pb>cu>cr>zn。