薛　彬，何依娜，胡紅美，李鐵軍，梅光明

（浙江省海洋水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)漁場漁業(yè)資源科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，浙江省海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江舟山　316021）

金塘島海域表層沉積物重金屬分布特征與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究

薛彬，何依娜，胡紅美，李鐵軍，梅光明

（浙江省海洋水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)漁場漁業(yè)資源科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，浙江省海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江舟山316021）

利用波動(dòng)系數(shù)、富集系數(shù)、潛在生態(tài)危害指數(shù)法結(jié)合我國的海洋沉積物標(biāo)準(zhǔn)對浙江省舟山市金塘島海域春、秋季的表層沉積物進(jìn)行了詳細(xì)評價(jià)。研究結(jié)果表明：（1）金塘海域春季不同種類的重金屬的分布離散性差異明顯，春季Cu和Hg的空間分布最不均勻，而As和Zn的離散性較小，秋季各重金屬元素則分布較為均一；（2）春季富集系數(shù)分析，最高為Pb，屬中度污染，其余種類屬低污染；秋季的值，均屬低污染范圍，總體來看，該區(qū)重金屬離子的富集度季節(jié)性變化不大，其主要的污染因子為Pb；（3）金塘海域春季潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子和總的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度均屬為低度。秋季兩項(xiàng)指標(biāo)較春季更小，且各站位的指標(biāo)相差不大，且有明顯下降，其可能是較高的水溫和流場（暖流）共同作用的結(jié)果。

金塘；表層沉積物；重金屬；空間分布；富集系數(shù)；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

海域是從源到匯的理論的終端，而表層沉積物是其中重要的節(jié)點(diǎn)之一，其環(huán)境狀況受地表徑流等陸源物質(zhì)和海水交換的共同作用的結(jié)果，對表層沉積物的研究是理解區(qū)域環(huán)境演變的鑰匙。其重金屬含量可以通過食物鏈對人體產(chǎn)生重大的影響，因而其研究更有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

表層沉積物重金屬含量是水動(dòng)力條件變化，沉積物的積吸附作用和析出作用等（如氣候、水動(dòng)力條件、環(huán)境理化因子）共同影響的結(jié)果，表現(xiàn)出比水體含量高，較穩(wěn)定，且有明顯的時(shí)空分布規(guī)律［1-5］。本文在調(diào)查分析的基礎(chǔ)上利用波動(dòng)系數(shù)、富集系數(shù)、潛在生態(tài)危害指數(shù)法［6-7］結(jié)合我國的海洋沉積物標(biāo)準(zhǔn)對浙江省舟山市金塘島海域春、秋季的表層沉積物進(jìn)行了詳細(xì)評價(jià)，為該區(qū)域的開發(fā)利用提高科學(xué)的考量。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

金塘島附近海域地處長江口、杭州灣南部，緊鄰甬江入?？?，受地表徑流來水影響較大。海域總體呈南北走向延伸，周圍流場沉積物來源多樣，水下地形陡峭，是典型的潮汐通道。金塘海域?qū)俨灰?guī)則半日混合潮，多年平均潮差1.81 m，最大潮差3.36 m，屬于弱潮海區(qū)［8-9］。潮流的運(yùn)動(dòng)形式為往復(fù)流，垂線平均流速大多為0.3～1.0 m/s，且流向基本與岸線走向平行。但受舟山南部眾多島嶼的掩護(hù)，外海波浪不易傳入，且當(dāng)?shù)仫L(fēng)浪的平均波高僅為0.2 m。因此水道主要受潮動(dòng)力的控制［10-11］。

1.2方法

按照均勻布設(shè)的原則，調(diào)查主要集中在金塘島西側(cè)的金塘水道海域，少數(shù)分布在金塘島和冊子島之間的桃夭門水道，范圍大致在 121°42.518'-121°59.450'E，30°7.811'-29°57.687'N之間。按照《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB/T 12763-2007）、《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB 17378-2007）等規(guī)定，利用自主研發(fā)的表層錨式采泥器，分別于2013 年5月、2013年10月在金塘島附近海域10個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行了沉積物采樣，樣品量大于1 kg，見圖1。根據(jù)（GB17378-2007）的要求分析Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As等。分析方法見表1。

圖1　研究區(qū)范圍與站位圖Fig.1　The location map of survey sits in spring and autumn of the surface sediments around Jintang Is.

表1　水體樣本的檢測參數(shù)及分析方法Tab.1　Water quality factors and its analysis method

2　結(jié)果與討論

2.1分析結(jié)果

2013年5月份（春季），春季調(diào)查結(jié)果Cu測值在7.6～26 mg/kg之間，平均值為16 mg/kg，Pb：測值在14～42 mg/kg之間，平均值為30 mg/kg。Zn測值在25～47 mg/kg之間，平均值為36 mg/kg。Cd測值在0.059～0.13 mg/kg之間，平均值為0.095 mg/kg。Hg：測值在0.0085～0.1 mg/kg之間，平均值為0.071 mg/kg。砷：測值在9.1～14 mg/kg之間，平均值為11 mg/kg。Cr：測值在24～56 mg/kg之間，平均值為40 mg/kg。所有調(diào)查站位均符合第一類沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2013年10月份（秋季），Cu測值在11～25 mg/kg之間，平均值為20 mg/kg。Pb：測值在17～27 mg/kg之間，平均值為21 mg/kg。Zn：測值在21～35 mg/kg之間，平均值為29 mg/kg。Cd測值在0.041～0.060 mg/kg之間，平均值為0.052 mg/kg。Hg：測值在0.019～0.039 mg/kg之間，平均值為0.029 mg/kg。砷：測值在5.9～12 mg/kg之間，平均值為10 mg/kg。Cr測值在22～47 mg/kg之間，平均值為41 mg/kg。所有調(diào)查站位均符合第一類沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.2空間波動(dòng)與富集特征

利用變異系數(shù)法分析了重金屬離子的空間波動(dòng)情況，系數(shù)越大反應(yīng)了該種重金屬的空間變化越激烈，變異系數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：CV為變異系數(shù)；S2表示某一重金屬參數(shù)空間序列的標(biāo)準(zhǔn)偏差；表示某一重金屬參數(shù)空間序列的平均值。

利用富積系數(shù)可以得到金塘海域定量的表層沉積物中各種重金屬的富積狀況，富積系數(shù)計(jì)算公式：

表2　

將金塘島春秋兩季的調(diào)查分析得到的重金屬結(jié)果放入上述兩個(gè)計(jì)算公式，歸納到表3和表4。

表3　金塘島附近海域春（s）秋（a）季表層重金屬含量（mg/kg）及其變異系數(shù)（CV）Tab.3　The heavy metal contents and their variation coefficients（CV）in spring and autumn of the surface sediments around Jintang Is.

表3列出了春秋季表層沉積物中各重金屬元素的變異系數(shù)（CV），CV越大表明該種重金屬含量的空間分布越分散，波動(dòng)性越大。分季節(jié)看，金塘海域春季Cu的CVs最大，其次是Hg，其系數(shù)分別為0.40和0.39，最小和次小分別是As和Zn，其值為0.14、0.18，這表明春季Cu和Hg的空間分布最不均勻，波動(dòng)最大，而As 和Zn的離散性較小；秋季CVa的最大值出現(xiàn)在As，其值達(dá)到0.37，剩下的重金屬指標(biāo)均較小，介于0.13～0.26之間。春秋兩季的對比可以看到，秋季總體的波動(dòng)程度較春季大幅度變小，這可能與水溫升高促進(jìn)了重金屬的活躍程度，已達(dá)到新吸附和析出的平衡。值得一提的是兩季間，As的離散度變大，這可能與其特殊的元素性質(zhì)有關(guān)。重金屬的平均含量出了Hg和Cd變化幅度較大外，其他含量也相對穩(wěn)定。

表4　金塘島附近海域春（s）秋（a）季表層重金屬富集系數(shù)Tab.4　The accumulation coefficient of the heavy metalin spring and autumn of the surface sediments around Jintang Is.

表4　金塘島附近海域春（s）秋（a）季表層重金屬富集系數(shù)Tab.4　The accumulation coefficient of the heavy metalin spring and autumn of the surface sediments around Jintang Is.

元素名稱　Cu　Zn　Pb　Cd　Cr　Hg　As S01s S04s S05s S07s S09s S10s S11s S14s S17s S19s春季平均S01a S04a S05a S07a S09a S10a S11a S14a S17a S19a秋季平均0.57 0.63 0.31 0.33 0.53 0.25 0.53 0.87 0.87 0.53 0.54 0.67 0.83 0.70 0.67 0.67 0.73 0.67 0.70 0.37 0.50 0.65 0.49 0.48 0.53 0.41 0.59 0.31 0.46 0.41 0.36 0.43 0.45 0.26 0.39 0.44 0.41 0.41 0.43 0.41 0.41 0.41 0.43 0.40 0.56 1.48 1.36 0.92 1.68 0.92 1.40 1.68 1.04 1.04 1.21 1.00 0.88 0.72 0.76 0.76 1.00 1.08 0.68 0.96 0.72 0.86 0.16 0.17 0.22 0.12 0.24 0.22 0.12 0.18 0.26 0.20 0.19 0.08 0.10 0.09 0.09 0.11 0.12 0.12 0.11 0.11 0.11 0.10 0.90 0.70 0.40 0.83 0.53 0.67 0.57 0.50 0.93 0.57 0.66 0.70 0.58 0.37 0.73 0.72 0.75 0.78 0.70 0.65 0.78 0.68 0.26 0.43 0.04 0.50 0.29 0.50 0.37 0.37 0.33 0.47 0.35 0.19 0.11 0.19 0.20 0.12 0.17 0.10 0.11 0.14 0.15 0.15 0.80 0.73 0.67 0.93 0.73 0.80 0.61 0.87 0.87 0.63 0.76 0.73 0.39 0.73 0.66 0.73 0.73 0.65 0.80 0.67 0.68 0.68

表4給出了金塘島附近海域春（s）秋（a）季表層重金屬富集系數(shù)（）。從中可以看到，春季富集系數(shù)從高到低依次為Pb＞As＞Cr＞Cu＞Hg＞Zn＞Cd，最高的Pb，達(dá)到1.21，屬于中度污染，而其余種類均＜1屬于低污染，其中Cd的含量最低僅為0.19；秋季的值由高至低依次為Pb＞As＞Cr＞Cu＞Zn＞Hg＞Cd，且均＜1，屬于低污染范圍，最高仍為Pb的為0.86，最小值仍是Cd，為0.10。分站位看最大值出現(xiàn)在春季的S09 和S14站位，達(dá)到1.68?？傮w來看，該區(qū)重金屬離子的富集度季節(jié)性變化不大，其主要的污染因子為Pb，春季達(dá)到中度污染的站位站70%，秋季有所改善中度污染站位仍有30%，其余站位雖未超標(biāo)站位也接近中度污染上限。

2.3重金屬的潛在生態(tài)危害評價(jià)

Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是評價(jià)某種重金屬元素毒性對生態(tài)系統(tǒng)的危害程度，反映了重金屬在水、沉積物、生物體最終傳導(dǎo)到人體損害健康的情況，較為通用評估技術(shù)，其計(jì)算公式如下：

式中：Eir為危害系數(shù)，意為某一重金屬的危害程度；Cif為富集系數(shù)；Tir為毒性系數(shù)；RI為生態(tài)危害指數(shù)，意為總的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度。其中Tir由Hakanson［6］給出的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，見?。Hakanson［6］按照危害程度將和分別劃分了5個(gè)和4個(gè)等級見表6。

表5　Hakanson毒性系數(shù)Tab.5　Hakanson toxicity conefficients of different heavy metal

表5　Hakanson毒性系數(shù)Tab.5　Hakanson toxicity conefficients of different heavy metal

元素名稱　Cu　Zn　Pb　Cd　Cr　Hg　As Tir　5　1　5　30　2　40　10

表6　Hakanson危害系數(shù)與危害指數(shù)與污染程度的關(guān)系Tab.6　TheRelationshipbetweentheevaluationindicesandthepollutionlevelandpotentialecologicalriskdegree

金塘島附近海域春秋兩季的表層重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)見表7。春季單因子的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子最大值到最小值依次是Hg＞Pb＞As＞Cd＞Cr＞Cu＞Zn，其中平均值最大的Hg的值僅為14，其站位最大值出現(xiàn)在S19也僅為18.8，均不大于40，因此該區(qū)沉積物重金屬均為低度危險(xiǎn)因子。各站位總的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度RI值最大值也僅為43.06，均遠(yuǎn)小于150，屬于潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為低。秋季兩項(xiàng)指標(biāo)較春季更小，各站位的指標(biāo)相差不大，且有明顯下降，其RI平均值下降了33.6%。這種重金屬元素的低生態(tài)污染風(fēng)險(xiǎn)狀況的出現(xiàn)與金塘島附近海區(qū)較強(qiáng)的潮流狀態(tài)和強(qiáng)上升流場有關(guān)，同時(shí)可以看到秋季生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)下降得更快，推測與相對較高的水溫和流場（暖流）的析出作用有關(guān)，這些因素共同促成金塘乃至舟山漁場漁獲的高產(chǎn)質(zhì)優(yōu)的原因［12-14］。

3　結(jié)論

基于金塘海域春秋兩季的表層沉積物的調(diào)查數(shù)據(jù)，利用空間變異系數(shù)和富集系數(shù)分析和生態(tài)危害系數(shù)法對該海區(qū)的重金屬的分布狀態(tài)與濃度，特別是其生態(tài)危險(xiǎn)進(jìn)行了綜合評價(jià)和探討，研究認(rèn)為：（1）金塘海域春季不同種類的重金屬的分布離散性差異明顯，Cu的CVs最大和最小的0.18，春季Cu和Hg的空間分布最不均勻，波動(dòng)最大，而As和Zn的離散性較??；秋季CVa的最大值為As，其余重金屬指標(biāo)均較小，分布均勻。秋季總體的波動(dòng)程度較春季大幅度變小，這可能與水溫升高促進(jìn)了重金屬的活躍程度，已達(dá)到新吸附和析出的平衡有關(guān)。（2）春季富集系數(shù)從高到低依次為Pb＞As＞Cr＞Cu＞Hg＞Zn＞Cd，最高的Pb，屬于中度污染，而其余種類屬于低污染；秋季的值由高至低依次為Pb＞As＞Cr＞Cu＞Zn＞Hg＞Cd，均屬低污染范圍?？傮w來看，該區(qū)重金屬離子的富集度季節(jié)性變化不大，其主要的污染因子為Pb，春季達(dá)到中度污染的站位占70%，秋季雖有所改善但中度污染站位仍有30%，其余站位雖未超標(biāo)但也接近中度污染上限。（3）金塘海域春季潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子和總的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度均屬為低度。秋季兩項(xiàng)指標(biāo)較春季更小，且各站位的指標(biāo)相差不大，且有明顯下降，其RI平均值下降了33.6%，其可能是較高的水溫和流場（暖流）共同作用的結(jié)果。

表7　潛在生態(tài)危險(xiǎn)評估結(jié)果Tab.7　The results of potential ecological risk evaluation of the heavy metals

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Research on the Distribution Characteristic and Potential Ecological Risks of Heavy Metal Pollution in the Surface Sediments of Jintang Islands

XUE Bin，HE Yi-na，HU Hong-mei，et al
（Marine Fisheries Research Institute of Zhejiang Province，Key Research Station for Fisheries Resources of Main Fishing Ground Ministry of Agriculture，Key Laboratory of Sustainable Utilization of Technology Research for Fishery Resource of Zhejiang Province，Zhoushan316021，China）

The research including Cu/Pb/Zn/Cd/Hg/Cr/As of heavy metals in the surface sediments from the sea region of Jintang Is.of Zhoushan Islands.Moreover，the degree in spatial fluctuation and accumulation of heavy metals was analyzed by using the method of variation coefficients and accumulation coefficients.The method of potential ecological risk indices presented by Lar Hakanson was used to assess the potential ecological risk of heavy metals.The Cu and Hg spatial fluctuation is highest in spring，on the contrary As and Zn was appears to be the lowest；all of the heavy metals is general uniformity in autumn.The degrees accumulation of heavy metals show the Pb is the main source of pollution，reach to moderate degree in spring and the abundantis the highest in autumn，but decline to light pollution.The assessment of potential ecological risk revealed that the potential ecological risk of these heavy metals to the ocean ecology system is very light，which belongs to light potential ecological risk level，with the order of light potential.Obviously，the risky in autumn is lower than the one in spring，that hint the combined action of the water temperature and flow field（warm current）.

Jintang island；surface sediment；heavy metals；spatial fluctuation；accumulation degree；potential ecological risk

X55

A

1008-830X（2015）03-0238-06

2014-11-30

浙江省科技廳院所專項(xiàng)（2014F30024）；浙江省重大科技專項(xiàng)（2012C13005）；浙江省省屬科研院所扶持專項(xiàng)（2012F20026）；浙海漁計(jì)［2011］123號

薛彬（1983-），男，遼寧鞍山人，碩士，工程師，研究方向：海洋漁業(yè)環(huán)境.Email：xuebin.soa@gmail.com