蘭圣迎 石榮貴 張敬懷 黃楚光

（國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測中心）

北部灣油田海域沉積物重金屬生態(tài)危害評價＊

蘭圣迎 石榮貴 張敬懷 黃楚光

（國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測中心）

利用北部灣油田海域沉積物重金屬10年監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于標準指數(shù)法、富集系數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法，對Pb、Zn、Cd和Hg 4種重金屬進行變化規(guī)律、富集特征和生態(tài)危害研究。結(jié)果表明：2013年，4種重金屬標準指數(shù)均小于1，符合第一類沉積物質(zhì)量標準，總體處于良好狀態(tài)，2011年后Cd含量上升明顯；2013年，重金屬富集程度由大到小為Pb＞Zn＞Cd＞Hg，Pb和Zn屬于中污染水平，Cd和Hg屬于低污染水平，2011年后Cd富集系數(shù)上升明顯；多年來，4種重金屬的生態(tài)危害指數(shù)均小于40，屬于輕微生態(tài)危害。2011年后Cd生態(tài)危害指數(shù)增幅明顯。與臨近海域相比，Cd含量處于較高水平；與國內(nèi)其他海洋油田相比，Zn含量處于較高水平。

北部灣油田；沉積物；重金屬；生態(tài)危害

0 引 言

重金屬是一種難消除的累積性污染物，不能被微生物降解，并可通過食物鏈傳遞富集，對人體和其他生物的潛在危害極大［1］。海洋中的重金屬通過物理、化學(xué)和生物作用，最終富集在沉積物中，而蓄積在沉積物中的重金屬有二次污染的可能。相對于海水，沉積物中的重金屬含量高、穩(wěn)定且具有累積性，可反映出區(qū)域水環(huán)境整體質(zhì)量狀況［2-3］。

北部灣油田位于北部灣潿洲島西南部海域，臨近廣東、廣西和海南3省（區(qū)）海域交界處，從第一口油井投產(chǎn)到現(xiàn)在已接近30年，是我國較早開發(fā)的海洋石油工程。重金屬是海洋石油開發(fā)過程中產(chǎn)生的污染物之一，主要通過石油勘探泥漿、鉆屑攜帶排放。目前，關(guān)于海洋石油開發(fā)附近海域中沉積物重金屬的研究報道較少，李永霞等曾對埕島油田海域重金屬含量與生態(tài)評價進行過研究［4］。本文利用多年來監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于富集系數(shù)法和生態(tài)危害指數(shù)法，對北部灣油田海域表層沉積物中重金屬污染特征進行分析，研究其生態(tài)危害程度及變化趨勢，為該海域的生態(tài)環(huán)境保護和海洋資源可持續(xù)利用提供參考。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文基于北部灣油田海域1996—2013年其中10年的沉積物監(jiān)測數(shù)據(jù)，并結(jié)合2013年雷州半島西部近岸、番禺油田、文昌油田海域監(jiān)測數(shù)據(jù)，提取海洋石油開發(fā)工程重金屬特征污染物Pb、Zn、Cd、Hg，研究北部灣油田海域沉積物重金屬含量分布規(guī)律和潛在生態(tài)危害。研究數(shù)據(jù)取年度或區(qū)域平均值。

1.2 樣品采集處理與測試方法

使用抓斗式采泥器采集沉積物樣品，用木勺?。?～5）cm表層沉積物樣約500 g，裝聚乙烯袋密封，在冰箱中冷藏運輸。樣品在實驗室室溫條件下自然風(fēng)干，經(jīng)研碎、過80目篩、裝袋備測。Pb、Zn、Cd采用火焰原子吸收分光光度法測試，Hg采用原子熒光法測試［5］。

1.3 評價方法

1.3.1 標準指數(shù)法

采用標準指數(shù)法［6］評價北部灣油田沉積物重金屬的質(zhì)量等級，計算公式為：Qi＝Ci／Cs。式中Qi為沉積物中重金屬標準指數(shù)，Ci為重金屬濃度，Cs為重金屬評價標準值，本文采用第一類沉積物質(zhì)量標準值［7］。

1.3.2 富集系數(shù)法

采用富集系數(shù)［8-9］評價沉積物中各重金屬的富集程度，計算公式為：Cf＝Ci／Cn。式中Cf為某種重金屬的富集系數(shù)，Ci為重金屬濃度，Cn為重金屬的背景值。背景值采用工業(yè)化以前沉積物中重金屬的全球最高值［10］，具體見表1。Hakanson用Cf評價單個重金屬的污染程度［11］，Cf＜1為低污染，1≤Cf＜3為中污染，3≤Cf＜6為較高污染，Cf≥6為很高污染。

1.3.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

瑞典科學(xué)家Hakanson提出用潛在生態(tài)危害指數(shù)評價重金屬污染［11］。潛在生態(tài)危害指數(shù)表征重金屬的毒性水平和生物對重金屬污染的敏感程度，揭示了重金屬對水生生態(tài)系統(tǒng)的危害。計算公式為：Er＝Tr×Cf，式中Er表示潛在生態(tài)危害指數(shù)，Cf為重金屬富集系數(shù)，Tr為重金屬毒性系數(shù)，重金屬毒性系數(shù)見表1。

表1 沉積物中重金屬背景值Cn及毒性系數(shù)Tr

根據(jù)潛在生態(tài)危害指數(shù)大小，重金屬污染程度分為5個等級：Er＜40為輕微生態(tài)危害，40≤Er＜80為中等生態(tài)危害，80≤Er＜160為強生態(tài)危害，160≤Er＜320為很強生態(tài)危害，Er≥320為極強生態(tài)危害。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬現(xiàn)狀及變化規(guī)律

北部灣油田附近海域10年沉積物中重金屬歷年變化規(guī)律見圖1。

2013年監(jiān)測表明，北部灣油田附近海域沉積物中Pb、Zn、Cd和Hg等重金屬含量較低，標準指數(shù)均小于1，符合第一類海洋沉積物質(zhì)量標準［7］，總體處于良好狀態(tài)。

多年監(jiān)測結(jié)果表明，Pb濃度變化于18.8×10－6～37.1×10－6kg／kg，含量不高，多年來呈小幅波動。Zn濃度變化于61.7×10－6～90.0×10－6kg／kg，含量不高，多年變化趨勢不明顯。Cd濃度變化于0.04× 10－6～0.20×10－6kg／kg，含量不高，但表現(xiàn)出一定上升趨勢，2011年以后上升速度較快。Hg濃度變化于0.013×10－6～0.048×10－6kg／kg，含量不高，除1996年含量明顯低于其他年份外，多年變化趨勢不明顯。

2.2 重金屬富集特征

歷年沉積物中重金屬富集系數(shù)變化規(guī)律見圖2。

2013年監(jiān)測表明，4種重金屬富集程度由大到小依次為Pb＞Zn＞Cd＞Hg，Pb和Zn屬于中污染水平，Cd和Hg屬于低污染水平。

圖1 沉積物中各重金屬含量歷年變化

沉積物中各重金屬多年富集系數(shù)變化規(guī)律與濃度變化規(guī)律類似，Pb富集系數(shù)呈小幅度波動，Zn和Hg的富集系數(shù)變化不明顯，Cd富集系數(shù)呈現(xiàn)一定上升趨勢，特別是2011年后Cd富集系數(shù)上升明顯。多年監(jiān)測結(jié)果表明，Pb和Zn富集系數(shù)均較大，明顯大于Cd和Hg，Pb和Zn富集系數(shù)大于1的比例分別為50%和20%。Cd和Hg的富集系數(shù)均小于1，在2011年后，Cd富集系數(shù)上升明顯。

圖2 沉積物中各重金屬富集系數(shù)歷年變化

2.3 重金屬潛在生態(tài)危害

根據(jù)圖2中各因子的富集系數(shù)Cf，代入重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)公式，得出Pb、Zn、Cd、Hg的潛在生態(tài)危害指數(shù)Er，多年來潛在生態(tài)危害指數(shù)變化規(guī)律見圖3。

圖3 沉積物中各重金屬生態(tài)危害指數(shù)歷年變化

2013年監(jiān)測顯示，4種重金屬的潛在生態(tài)危害程度由重到輕排列為Cd＞Hg＞Pb＞Zn，與其富集程度排序并不一致，可能是因為某些重金屬元素富集程度較高，但具有親顆粒性，容易遷移進入沉積物中礦化埋藏，從而降低了對生物的毒性［12-13］。在評價沉積物中重金屬時，要把富集程度與生態(tài)危害加以結(jié)合，方能全面反映重金屬的污染狀況。

多年來，4種重金屬的生態(tài)危害指數(shù)均小于40，屬于輕微生態(tài)危害。2011年之后，Cd的生態(tài)危害指數(shù)增幅明顯。

2.4 與臨近海域沉積物重金屬比較分析

北部灣油田海域監(jiān)測數(shù)據(jù)與北部灣北部近岸（廣西欽州灣［14］、廣西北海近岸［15］）、東部近岸（雷州半島西部和洋浦港［16］）和中部海島（潿洲島［2］）海域沉積物中重金屬的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析，詳見表2。

上述海域沉積物中重金屬含量均較低，除雷州半島西部近岸Hg含量顯著較高外，其他均符合第一類沉積物質(zhì)量標準［7］，總體處于良好狀態(tài)。Pb含量方面，北部灣油田低于潿洲島海域，明顯高于其他近岸海域，濃度由高到低依次為潿洲島海域＞北部灣油田＞海南洋浦港近岸＞廣西北海近岸＞廣西欽州灣＞雷州半島西部近岸。Zn含量方面，北部灣油田與海南洋浦港近岸水平相當(dāng)，處于較高水平，低于潿洲島海域，明顯高于其他近岸海域，濃度由高到低依次為潿洲島海域＞海南洋浦港近岸＞北部灣油田＞雷州半島西部近岸＞廣西北海近岸＞廣西欽州灣。Cd含量方面，北部灣油田處于較高水平，明顯高于其他海域，濃度由高到低依次為北部灣油田＞海南洋浦港近岸＞潿洲島海域／雷州半島西部近岸＞廣西北海近岸＞廣西欽州灣。Hg含量方面，北部灣油田處于中等水平，低于雷州半島西部近岸和潿洲島海域，高于其他海域，濃度由高到低依次為雷州半島西部近岸＞潿洲島海域＞北部灣油田＞廣西欽州灣＞廣西北海近岸＞海南洋浦港近岸。

表2 鄰近海域沉積物重金屬含量 1.0×10－6kg／kg

由此可知，北部灣油田海域沉積物中重金屬Cd含量明顯高于其他海域。

2.5 與其他油田沉積物重金屬比較分析

將北部灣油田海域監(jiān)測數(shù)據(jù)與2013年文昌油田、番禺油田，2009年埕島油田海域［4］沉積物中重金屬的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析，詳見表3。

上述海域沉積物中重金屬含量均較低，符合第一類沉積物質(zhì)量標準［7］，總體處于良好狀態(tài)。Pb含量方面，北部灣油田海域、番禺油田海域、埕島油田海域水平相當(dāng)，明顯高于文昌油田海域。Zn含量方面，北部灣油田海域高于其他3個油田。Cd含量方面，北部灣油田海域、文昌油田海域、埕島油田海域水平相當(dāng)，均高于番禺油田海域。Hg含量方面，埕島油田海域水平最高，北部灣油田海域次之，明顯高于文昌油田海域和番禺油田海域。

表3 其他油田沉積物重金屬含量 1.0×10－6kg／kg

由此可知，與國內(nèi)其他海洋油田相比，北部灣油田海域沉積物中重金屬Zn含量處于較高水平。

3 結(jié) 論

◆北部灣油田海域沉積物中重金屬含量符合第一類沉積物質(zhì)量標準，屬于輕微生態(tài)危害。

◆2013年北部灣油田沉積物重金屬富集程度由大到小為Pb＞Zn＞Cd＞Hg，Pb和Zn屬于中污染水平，Cd和Hg屬于低污染水平，2011年以后Cd富集系數(shù)上升明顯。

◆北部灣油田海域沉積物中重金屬屬于輕微生態(tài)危害，2013年，潛在生態(tài)危害程度由重到輕排列為Cd＞Hg＞Pb＞Zn，2011年后Cd的生態(tài)危害指數(shù)增幅明顯。

◆與臨近海域相比，北部灣油田海域沉積物中重金屬Cd含量處于較高水平；與國內(nèi)其他海洋油田相比，北部灣油田海域沉積物中重金屬Zn含量處于較高水平。

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1005-3158（2014）06-0014-04

2014-05-29）

（編輯 王薇）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.06.005

國家海洋局公益性行業(yè)科研專項（201005012）。

蘭圣迎，2002年畢業(yè)于中國海洋大學(xué)海洋管理專業(yè)，碩士，高級工程師，現(xiàn)在國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測中心從事海洋環(huán)境監(jiān)測與評價工作。通信地址：廣州市新港西路155號南海環(huán)境監(jiān)測中心，510300