何松琴 , 宋金明 , 李學剛 , 劉志剛

(1. 浙江省舟山海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站, 浙江 舟山 316000; 2. 中國科學院 海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學重點實驗室, 山東 青島266071; 3. 浙江省舟山市海洋與漁業(yè)局, 浙江 舟山 316000)

長江口及鄰近海域夏季表層沉積物中重金屬等的分布、來源與沉積物環(huán)境質(zhì)量

何松琴1, 宋金明2, 李學剛2, 劉志剛3

(1. 浙江省舟山海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站, 浙江 舟山 316000; 2. 中國科學院 海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學重點實驗室, 山東 青島266071; 3. 浙江省舟山市海洋與漁業(yè)局, 浙江 舟山 316000)

通過現(xiàn)場調(diào)查研究報道了長江口及鄰近海域表層沉積物中重金屬、有機碳、石油類、硫化物以及氮磷的分布、來源以及沉積物環(huán)境質(zhì)量。結(jié)果顯示, 長江口及鄰近海域表層沉積物中重金屬、有機碳、石油類、硫化物以及氮磷的分布很不均勻, 除硫化物外, 重金屬、有機碳、石油類以及氮磷基本呈現(xiàn)長江口和杭州灣東北近岸的上海外海出現(xiàn)高值, 其他區(qū)域濃度較低。硫化物在長江口外、杭州灣西部以及舟山群島東南海域出現(xiàn)高值, 與這一區(qū)域低氧區(qū)的分布基本一致。長江口及鄰近海域表層沉積物中重金屬、有機碳、石油類、硫化物以及氮磷主要來自于長江及陸源排污, 長江等河流的輸入占絕對優(yōu)勢, 且影響這一整體海域, 陸源排污主要影響排污的近岸區(qū)域。單因子評價的結(jié)果顯示, 長江口及鄰近海域表層沉積物各項評價指標均符合國家一類沉積物質(zhì)量標準, 調(diào)查海域表層沉積物質(zhì)量優(yōu)良。

重金屬; 分布; 來源; 表層沉積物; 長江口及鄰近海域

海洋沉積物記錄了物質(zhì)來源和環(huán)境演變的訊息,剖析沉積物的地球化學特征是獲取這些訊息的基礎,所以, 研究海洋沉積物地球化學特征歷來受到科學家們的重視[1-6]。近年來, 長江口及鄰近海域由于受人類活動影響, 水體明顯富營養(yǎng)化, 生態(tài)環(huán)境有惡化的趨勢[7], 研究這一海域沉積物的地球化學特征對探討長江徑流物質(zhì)的輸運規(guī)律與人為影響下河口的生物地球化學過程具有重要的科學價值。盡管這一海域有關(guān)沉積物化學特征已有不少的研究報道[8-10], 但由于長江源源不斷大量輸入物的沉積和研究關(guān)注點的不同, 基于現(xiàn)場調(diào)查研究探討長江口及鄰近海域沉積物中的地球化學參數(shù)的分布特征及其變化規(guī)律仍有現(xiàn)實的科學意義。

本文利用2005年夏季長江口及鄰近海域表層沉積物調(diào)查資料, 研究了表層沉積物中重金屬、有機碳、石油類、硫化物以及氮磷的分布特征, 初步分析了沉積物中這些組分的來源, 用現(xiàn)行的我國海洋沉積物環(huán)境質(zhì)量標準評價了沉積物質(zhì)量。

1 采樣與分析

1.1 樣品的采集

于2005年7月5～13日乘“浙海環(huán)監(jiān)”號海洋調(diào)查船, 在 32°00′～29°30′N, 123°E 以西 38 040 平方千米海域調(diào)查內(nèi)設49個站, 用DAY型抓斗式采集器采集表層沉積物, 采樣站位見圖1。表層沉積物樣品按《國家海洋調(diào)查規(guī)范》進行保存與處理。

1.2 樣品的分析測定

表層沉積物中的Cu、Zn用火焰原子吸收法測定,相對誤差分別為-0.36%和-1.2%; Pb、Cd用無石墨爐火焰原子吸收法測定, 相對誤差分別為-0.78%和-4.7%; As、Hg用原子熒光法測定, 相對誤差分別為-3.0%和 2.1%; 有機碳用重鉻酸鉀氧化-亞鐵容量法測定, 相對誤差分別為-4.2%; 石油類用熒光分光光度法測定, 平行樣相對偏差 0～9.1%; 硫化物用亞甲基蘭分光光度法測定, 平行樣相對偏差 0～5.4%; 總氮、總磷用過硫酸鉀氧化后分別用銅鎘還原柱還原萘乙二胺分光光度法和磷鉬藍法測定, 平行樣相對偏差分別為0.5%～6.9%和0.1%～7.6%。

圖1 長江口及鄰近海域表層沉積物采樣站位Fig. 1 Sampling sites of the surface sediments in the Changjiang estuarine and its adjacent regions

2 結(jié)果與討論

2.1 表層沉積物中重金屬、有機碳、石油類、硫化物以及氮磷的分布特征

2.1.1 重金屬的分布特征

圖2是長江口及鄰近海域表層沉積物中重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的平面分布圖。從圖中可見 Cu濃度范圍為 5.1～34.4 mg/kg, 均值 23.4 mg/kg。最高值出現(xiàn)在長江口14號站, 最低值出現(xiàn)在南通以東的長江口北支入?？诘?6號站, 在長江口南匯咀外、杭州灣北部區(qū)域及岱衢洋東部海域存在30 mg/kg的相對高值區(qū), 而在南通以東的長江口北支入?？谟幸粋€10 mg/kg相對低值區(qū)。

Pb濃度范圍為 11.6～34.8 mg/kg, 均值 19.3 mg/kg。最高值出現(xiàn)在長江口南支入海口東北部的 2號站, 最低值出現(xiàn)在定海東南部的 42號站, 在長江口北支出?？跂|部、杭州灣北部區(qū)域存在相對高值區(qū), 在定海東部海域沉積物中鉛的含量相對較低。

Zn濃度范圍為 40.1～90.4 mg/kg, 均值 72.0 mg/kg。最高值出現(xiàn)在杭州灣北部20號站, 最低值出現(xiàn)在南通以東的長江口北支入?？?6號站, 在杭州灣北部區(qū)域及岱衢洋東部海域存在90 mg/kg的相對高值區(qū), 在南通以東的長江口北支入?？诖嬖谝粋€50 mg/kg的相對低值區(qū)。對沉積物中銅與鋅的線性相關(guān)分析表明, 在調(diào)查海域沉積物中銅與鋅具有明顯的線性相關(guān), 顯著性水平大于 99.9 %(P＜0.001),這一海域沉積物中銅與鋅的來源及參與的早期成巖過程相近[1]。

Cd濃度范圍為＜0.040～0.285 mg/kg, 均值0.130 mg/kg。最高值出現(xiàn)在長江口南支入?？诘?0號站,最低值出現(xiàn)在長江口北支入?？诘?6號站, 在長江口北支入?？谝约昂贾轂潮辈繀^(qū)域存在相對的高值區(qū)域, 在長江口北支入?？诖嬖谝粋€低值區(qū)域, 在調(diào)查海域的東部沉積物中鎘的含量相對較低。

圖2 表層沉積物中銅、鉛、鋅、鎘、汞和砷(mg/kg)平面分布Fig. 2 Distributions of Cu, Pb, Zn, Cd, Hg and As in the surface sediments

Hg濃度范圍為 0.011～0.184 mg/kg, 均值 0.064 mg/kg。最高值出現(xiàn)在杭州灣北部24號站, 最低值出現(xiàn)在長江口北支入?？跂|部的 5號站, 在杭州灣北部區(qū)域存在一個0.17 mg/kg 高值區(qū)域, 其余調(diào)查海域的沉積物中汞的含量相對較低。

As濃度范圍為 5.78～13.2 mg/kg, 均值 9.87 mg/kg。最高值出現(xiàn)在33號站, 最低值出現(xiàn)在杭州灣內(nèi)的26號站, 在長江口南匯咀外、杭州灣北部區(qū)域、岱衢洋東部海域以及南通以東的長江口北支入海口存在12 mg/kg的相對高值區(qū), 在舟山本島北部海域存在一個8 mg/kg的相對低值區(qū)。

2.1.2 有機碳、石油類、硫化物的分布特征

有機碳、石油類、硫化物平面分布如圖3所示。有機碳范圍為 0.018%～0.720%, 均值 0.428%。最高值出現(xiàn)在定海東北部28號站, 最低值出現(xiàn)在長江口北支入海口6號站。有機碳含量呈現(xiàn)南北分布, 在南北走向的中部區(qū)域, 杭州灣及其灣口東部區(qū)域沉積物中有機碳含量相對較高, 在調(diào)查海域的北部和東南部區(qū)域沉積物中有機碳的含量相對較低, 在長江口有一個低值區(qū)域。

圖3 表層沉積物中有機碳(%)、石油類、硫化物(mg/kg)平面分布Fig. 3 Distributions of OC(%), oils and sulfides in the surface sediments

石油類范圍為＜2.0～16.0 mg/kg, 均值4.0 mg/kg。最高值出現(xiàn)在長江口南支入海口14號站, 有7個站位未檢出, 調(diào)查海域沉積物中石油類含量均較低,在長江口南支入?？谑皖惡砍霈F(xiàn)14.0 mg/kg高值區(qū), 長江口北支入海口海域為一低值區(qū)。

硫化物范圍為＜0.3～56.7 mg/kg, 均值8.6 mg/kg。最高值出現(xiàn)在定海東南部40號站, 有10個站位未檢出, 在長江口北支入?？?、杭州灣西部以及定海東南部沉積物中硫化物的含量有 3個高值區(qū), 在杭州灣東北部及灣口東部出現(xiàn)一個低值區(qū)域, 硫化物的分布趨勢與這一海域低氧區(qū)的分布基本一致[2]。

2.1.3 氮、磷的分布特征

總氮范圍為 26.4～298.0 mg/kg, 均值 154.4 mg/kg(圖 4)。最高值出現(xiàn)在長江口北支入海口東北部1號站, 最低值出現(xiàn)在長江口北支入?？跂|部5號站, 在長江口北支入海口東北部、杭州灣西部以及定海東南部和調(diào)查海域東邊中部地區(qū)沉積物中總氮含量有 4個高值區(qū), 在長江口北支入海口出現(xiàn)一個低值區(qū)域。

總磷范圍為2.45～27.8 mg/kg, 均值12.6 mg/kg。最高值出現(xiàn)在長江口北支入?？?6號站, 最低值出現(xiàn)在長江口南支入?？?9號站, 在長江口北支入?？诔练e物中總磷的含量有一個 26 mg/kg的高值區(qū),在長江口南支入?？谀喜砍霈F(xiàn)一個低值區(qū)域。沉積物中氮磷的分布反映了它們供給源的大體情況[1-2]。

2.2 沉積物中重金屬、有機碳、石油類、硫化物以及氮磷的來源

長江口及鄰近海域沉積物中的重金屬、有機碳、石油類、硫化物以及氮磷主要來自于陸源污染的輸入, 包括兩大途徑, 即這一區(qū)域的直排海污染源和以長江為主的河流輸入[1-2,11]。

2.2.1 來自直排海污染源

長江口及鄰近海域有大量的直排入海排污口,每年排入的污水量達 100多萬噸, 這其中含有的氮和磷就達20000多噸和1000多噸, 排放口中工業(yè)源的數(shù)量占 4/5, 但來自直排海污染源的主要污染物來自綜合排污源, 這些污染物入海后有相當部分沉降至底部, 對沉積物中的重金屬、有機碳、石油類、硫化物以及氮磷產(chǎn)生貢獻。

2.2.2 來自以長江為主的河流輸入

入海河流帶入的大量污染物質(zhì)是長江口及鄰近海域沉積物污染組分的最重要來源。長江口及鄰近海域入海河流流量可達1 000億m3/a, 帶入的氮和磷就達200多萬噸和20萬噸, 這一區(qū)域長江和錢塘江分別占區(qū)域總河流流量的 96.4%和 3.2%, 這兩條河流帶入的污染物質(zhì)也占了總河流輸入的絕大部分,如輸入的氮磷長江分別占93.4%和98.0%, 錢塘江分別占4.7%和1.3%。河流帶入的這些物質(zhì)據(jù)初步估算,約 5%～10%沉降進入沉積物, 對沉積物的地球化學特征產(chǎn)生影響[2,12]。

2.3 長江口及鄰近海域沉積物的環(huán)境質(zhì)量

評價因子選取銅、鉛、鋅、鎘、汞、砷、有機碳、石油類和硫化物共9項, 采用《海洋沉積物質(zhì)量》(GB18668-2002)單因子評價標準, 即該站位任一指標測值超過第一類質(zhì)量標準的, 即為第二類沉積物質(zhì)量, 超過第二類質(zhì)量標準的即為第三類沉積物質(zhì)量, 超過第三類質(zhì)量標準的, 即為劣三類沉積物質(zhì)量。平均值和超標率數(shù)據(jù)統(tǒng)計以樣品數(shù)為計算單元。評價區(qū)域整體沉積物質(zhì)量狀況時, 按等級劃分分別表征為沉積物質(zhì)量優(yōu)良、一般、差、極差四級。

評價結(jié)果是調(diào)查海域中沉積物各項評價指標無一超標, 均符合國家一類沉積物質(zhì)量標準。表明調(diào)查海域表層沉積物質(zhì)量良好, 沉積物質(zhì)量為優(yōu)良。

圖4 沉積物中總氮和總磷(mg/kg)平面分布Fig. 4 Distributions of TN and TP in the surface sediments

3 結(jié)論

通過對長江口及鄰近海域表層沉積物中重金屬、有機碳、石油類、硫化物以及氮磷的研究, 獲得了以下的主要結(jié)論：

1) 長江口及鄰近海域表層沉積物中重金屬、有機碳、石油類、硫化物以及氮磷的分布很不均勻, 除硫化物外, 重金屬、有機碳、石油類以及氮磷基本呈現(xiàn)長江口和杭州灣東北近岸的上海外海出現(xiàn)高值,其他區(qū)域濃度較低。硫化物呈現(xiàn)長江口外、杭州灣西部以及舟山群島東南海域出現(xiàn)高值, 與這一區(qū)域低氧區(qū)的分布基本一致。

2) 長江口及鄰近海域表層沉積物中重金屬、有機碳、石油類、硫化物以及氮磷主要來自于的長江及陸源排污, 長江等河流的輸入占絕對優(yōu)勢, 且影響這一整體海域, 陸源排污主要影響排污的近岸區(qū)域。

3) 單因子評價的結(jié)果顯示, 長江口及鄰近海域表層沉積物各項評價指標均符合國家一類沉積物質(zhì)量標準, 調(diào)查海域表層沉積物質(zhì)量優(yōu)良。

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Distribution, source of heavy metals in the surface sediments and sediment quality of the Changjiang Estuarine and its adjacent regions

HE Song-qin1, SONG Jin-ming2, LI Xue-gang2, LIU Zhi-gang3
(1. Zhoushan Marine Eco-Environmental Monitoring Station, Zhoushan 316000, China; 2. Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences, Institute of Oceanology, CAS, Qingdao 266071, China;3. Zhoushan Oceanic and Fishery Bureau, Zhoushan 316000, China)

Nov., 10, 2010

heavy metal; distribution; source; surface sediment; Changjiang estuarine and its adjacent region

The geochemical characteristics of heavy metals, organic carbon, oil, sulfide, nitrogen, and phosphorus in surface sediments of the Changjiang estuarine and its adjacent regions were reported in this paper. The distributions of heavy metals, organic carbon, oil, sulfide, nitrogen and phosphorus in surface sediments were very irregular,and the high values of Cu, Pb, Zn, Cd, Hg, As, OC, oils, TN, and TP appeared in the Changjiang estuarine and the northeast region of the Hangzhou Bay; but the high sulfides, which was similar to the distribution of hypoxia area,in the outside of the Changjiang estuarine, the near top coastal region of the Hangzhou Bay, and the southeast region of the Zhoushan islands. The main sources of heavy metals, organic carbon, oil, sulfide, nitrogen, and phosphorus in surface sediments of the Changjiang estuarine and its adjacent regions were the input of the Changjiang river and land pollution matter. The Changjiang river input could affect the whole sea region, and the land pollution matter input only had influence on the coastal region. The sediment quality of the Changjiang estuarine and its adjacent regions were suitable for the sediment assessment.

P736.4

A

1000-3096(2011)05-0004-06

2010-11-10;

2011-03-02

中國科學院創(chuàng)新方向群項目(KZCXZ-YW-Q07-02); 國家基金委“創(chuàng)新研究群體科學基金”項目(40821004); 浙江省環(huán)境保護科研計劃項目(2006-07)

何松琴(1961-), 女, 浙江定海人, 主要從事海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測研究; 宋金明, 通信作者,E-mail： jmsong@ms.qdio.ac.cn

張培新)