秦皇岛近岸海水和沉积物中重金属的含量分布及生态风险评价

    陈燕 张勇 李莉 张彦龙 张建乐 马继成

    

    

    

    摘?要：对秦皇岛海域46个站位的海水和表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的含量进行了分析。海水中Cu、Cd、As含量在第一类海水水质标准范围内波动，部分站位Pb、Zn、Hg含量超过第一类海水水质标准，符合第二类海水水质标准，调查海域北部海水重金属综合污染指数略高，各季节综合污染指数比较稳定，海水没有受到重金属污染。表层沉积物中重金属全部符合第一类海洋沉积物质量标准，重金属潜在生态危害指数高的区域主要位于戴河口以北的近岸海域，6种重金属潜在生态危害由大到小依次为Hg>Cd>As>Cu>Pb>Zn，调查海区表层沉积物没有受到重金属污染，多种重金属总的潜在生态危害程度低。

    关键词：秦皇岛海域;重金属;分布;生态风险

    重金属可在海水、沉积物、固体悬浮颗粒和海洋生命物质中循环迁移，一般输入海洋中的重金属在海水中稀释并可被悬浮物质吸附而沉降至海底沉积物中，而沉积物中的重金属也可通过物理化学以及生物过程再次进入水体，使得海水中重金属浓度保持在某一水平[1]。人类的工业生产、交通运输、日常生活污水排放等输入大量重金属，会造成严重的海洋污染，它们对于海洋环境有极大的危害，其中毒性较大的是汞、铅、镉等元素，作为难降解的污染物质，重金属因其生物富集性而对海洋生态系统造成极大威胁，并可通过食物链在人体内蓄积，危害人类健康，因此成为海洋污染监测研究的热点[2-8]。

    秦皇岛沿海地处渤海湾西部，依靠着丰富的海岸资源，港口航运、旅游和养殖业发展迅速，而渤海海水交換能力弱、自净能力差，更新周期长达15年[9]，使得进入秦皇岛海域的重金属不断蓄积，海洋环境承受的压力也愈来愈大。以前对于秦皇岛海域重金属的研究鲜有报道，特别是对海水和沉积物中重金属全年多季节连续跟踪监测的研究更为少见。笔者根据2011年春季、夏季和秋季对秦皇岛海域表层海水和表层沉积物重金属的调查结果， 对重金属污染水平及其生态危害进行分析和比较， 并综合评价重金属的污染状况， 从而为海洋经济的可持续发展提供理论依据。

    1?调查区域与方法

    1.1?监测站位和监测时间

    2011年在秦皇岛海域共布设46个采样站，分别于春季（5月）、夏季（8月）、秋季（10～11月）进行表层海水和表层沉积物重金属的调查分析。

    1.2?监测项目和方法

    海水和沉积物样品的采集、保存和分析均按照国家标准《海洋监测规范》 （GB 17378-2007）[10～11]有关规定执行。样品中铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）测定所用仪器为AA-6800原子吸收分光光度计，汞（Hg）、砷（As）测定所用仪器为XGY6080原子荧光光度计（其中As为非金属，但其生物毒性与金属类似，因此归为重金属一起评价）。

    1.3?评价方法与标准

    1.3.1?海水重金属

    分析表层海水中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As含量，利用水质综合污染指数法对这6种重金属的污染水平进行综合评价，公式如下[12-13]：

    式中：Pi、Ci和Cio分别为第i种重金属的相对污染指数、实测数据和评价标准（本研究采用国家一类海水水质标准[14]），n为金属i参与评价样品的总数，Si为重金属的综合污染指数。重金属污染水平等级划分见表1。

    1.3.2?沉积物重金属

    采用单因子污染指数法和潜在生态风险评价法评价了表层沉积物中6种重金属的状况和生态风险。

    单因子污染指数法计算公式为：

    式中：Pi—某污染因子的污染指数，即单因子污染指数;Ci—某污染因子的实测浓度;Cio—某污染因子的评价标准（本研究采用国家一类沉积物质量标准[15]）。凡是单因子指数小于或等于1者，为该监测站没有遭受该要素的污染，大于1者为遭受污染，该值越大污染越重。

    潜在生态危害指数法是瑞典学者Hakanson于1980年建立的一套应用沉积学原理评价重金属污染及生态危害的方法，是基于考虑重金属含量条件、重金属数量条件、毒性条件和敏感性条件[16-17]来计算重金属潜在生态危害指数的方法：

    某一重金属i的潜在生态危害系数：

    式中：Eir为金属i的潜在生态危害系数;Tir为重金属毒性响应系数;Cif为重金属i的污染系数;Ci为重金属i的实测浓度;Cin为重金属i的评价参比值，沉积物一般采用工业化以前的沉积物中重金属最高背景值，见表2。

    某一点多种重金属综合潜在生态危害指数：

    潜在生态危害指数评价标准中潜在生态危害系数Eir描述某一污染物（元素）的污染程度，从低到高分为5个等级，而综合潜在生态危害指数ERI描述某一点多个污染物潜在生态危害系数的综合值，分为4个等级，见表3。

    2?结果与讨论

    2.1?表层海水重金属评价及分布

    秦皇岛海域表层海水重金属监测结果见表4，表层海水水质状况和6种重金属超过一类海水水质标准的百分比率见表5。表层海水中Cu、Cd、As含量较低，在第一类海水水质标准范围内波动;部分站位Pb、Zn、Hg含量超过第一类海水水质标准，符合第二类海水水质标准， Pb超过一类海水的比率最高，各季节均有60%以上站位的Pb超过一类海水水质标准;Hg超过一类海水的比率最低，超标率各季节比较稳定，为10.5%～13.0%;Zn超过一类海水的比率在秋季升高到73.7%，春季和夏季分别为21.7%和26.1%。各季节重金属综合污染指数均小于1，分布规律性不强（见表6），综合污染指数大于0.5的站位有1、2、6、8、9、11、13、14、16、19、26、29、30，主要分布在调查海域的中部和北部，平均值稳定在0.55～0.58之间，没有受到重金属污染。

    2.2?表层沉积物重金属评价结果及分布

    秦皇岛海域表层沉积物质量的分析结果见表7，以一类海洋沉积物质量标准计算出的单因子污染指数见表8，各季节调查海域表层沉积物中重金属平均含量变化不大，全部符合第一类海洋沉积物质量标准，但6种重金属的最高值均接近第一类海洋沉积物的上限值。各站位重金属的潜在危害系数和综合潜在生态危害指数统计结果见表9。6种重金属的潜在生态危害系数均低于40，均处于低危害程度，潜在生态危害由大到小依次为Cd>Hg>As>Pb>Cu>Zn。各站沉积物中多种重金属的综合潜在生态危害指数为9.2～67.4，均低于一类等级值150。秦皇岛海域表层沉积物中金属潜在生态危害指数平面分布见图3，重金属潜在生态危害指数高的站位有：1、2、5、29、30、39、40、41，主要位于戴河口以北的海域，生态危害指数由近岸向外海减小的趋势明显。综合结果表明，调查海区表层沉积物没有受到重金属污染，多种重金属总的潜在生态危害程度低。

    3?结论

    秦皇岛海域表层海水中Cu、Cd、As含量较低，含量在第一类海水水质标准范围内波动。Pb、Zn、Hg部分站位含量超过第一类海水水质标准，符合第二类海水水质标准。调查海域各季节海水综合污染指数比较稳定，平均值均大于0.5，中部和北部重金属综合污染指数略高，个别站位综合污染指数接近1。各季节调查海域表层沉积物中重金属全部符合第一类海洋沉积物质量标准，但6种重金属的最高值均接近第一类海洋沉积物的上限值。表层沉积物中6种重金属潜在生态危害由大到小依次为Hg>Cd>As>Cu>Pb>Zn，均处于低生态危害程度。多种重金属潜在生态危害指数高的站位主要位于戴河口以北的海域，生态危害指数呈现由近岸向外海减小的趋势，受人类活动影响明显。

    综合结果表明，秦皇岛海域表层海水和表层沉积物没有受到重金属污染，但部分站位的海水综合污染指数和沉积物单因子污染指数已接近临界值，应引起重视。

    参考文献：

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    （收稿日期：2019-08-14;修回日期：2019-09-03）