熊 慧，楊麗虹，鄧永智

(廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院，福建 廈門 361005)

近年來海洋重金屬污染已經(jīng)成為重要關(guān)注點(diǎn)，人們投入更多的精力去研究海洋重金屬污染.海洋中重金屬主要有自然來源、陸源輸入、大氣沉降3種來源[1].近岸海域的重金屬主要來自陸源輸入，含重金屬的廢水被排入到近岸海域.在海水中，重金屬污染物不易降解，能迅速由水體轉(zhuǎn)入懸浮物和沉積物中，最終進(jìn)入沉積物中蓄積，使沉積物成為重金屬等化學(xué)物質(zhì)的主要存儲(chǔ)庫(kù)[2].當(dāng)近岸的沉積環(huán)境條件發(fā)生改變時(shí)，沉積物中的重金屬就會(huì)重新釋放到上覆水中，從而對(duì)近岸海域環(huán)境造成惡劣影響[3].重金屬因其特殊的化學(xué)、地球化學(xué)性質(zhì)及毒性效應(yīng)，具有高度危害性和難治理性[4]，對(duì)我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展存在巨大的潛在威脅.近岸海域作為海洋中受人類活動(dòng)影響最大、污染最嚴(yán)重的區(qū)域，受到大家的廣泛關(guān)注.

安海灣、圍頭灣位于福建省東南部，安海灣是南北走向的狹長(zhǎng)海域，圍頭灣灣口面向東南，灣內(nèi)海域遼闊，屬于半封閉海灣[5].安海灣、圍頭灣沿岸城鎮(zhèn)從西向東依次為石井、水頭、東石、金井鎮(zhèn)等，水頭鎮(zhèn)和東石等鄉(xiāng)鎮(zhèn)近年來陶瓷、五金、機(jī)械、鞋業(yè)、石材、化工等行業(yè)發(fā)展迅速，尤其是東石的印染、漂染、電鍍行業(yè)的發(fā)展[6]，在安海灣灣頂至灣中部有很多排污口.金井鎮(zhèn)附近工廠相對(duì)較少，以居民區(qū)為主，還有大規(guī)模的圍墾建閘，導(dǎo)致納潮量銳減[7].排放的生活污水、工業(yè)廢水中攜帶的重金屬通過一些系列的沉積作用在圍頭灣海域累積下來.王鍵等(2011)研究指出安海灣受陸源污水排放的影響已經(jīng)出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化[8].胡恭任等(2005)研究指出由于周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)化工電鍍、印染等行業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致安海灣表層沉積物有機(jī)碳和重金屬含量超標(biāo)[6].本研究對(duì)安海灣、圍頭灣表層沉積物中7種重金屬Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb含量進(jìn)行測(cè)試，探討其分布特征，分析其來源及潛在生態(tài)危害，以期為安海灣、圍頭灣海域環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù).

1 樣品采集與分析

2017年4月在福建省安海灣、圍頭灣海域布設(shè)17個(gè)采樣站位，站位分布如圖1所示.根據(jù)《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》[9]要求，采集、保存表層沉積物，送回實(shí)驗(yàn)室處理.在室溫陰涼處自然風(fēng)干，剔除其中大顆粒的礫石和動(dòng)植物殘骸，研碎后過200目尼龍網(wǎng)篩，稱取0.2 g風(fēng)干樣，加酸預(yù)消解后用微波消解儀消解，趕酸定容.消解后的樣品均用Agilent 7700x型ICP-MS測(cè)定Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb的含量.

圖1 安海灣、圍頭灣海域表層沉積物采樣站位Fig.1 Sampling stations for surface sediments in Anhai Bay and Weitou Bay

2 結(jié)果與討論

2.1 重金屬含量特征

由表1可知，安海灣、圍頭灣表層沉積物中7種重金屬Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb含量均值依次為96.99、13.35、33.53、39.68、132.87、0.17、39.10 μg/g.對(duì)比張開畢(2008)研究的福建省近岸淺海沉積物重金屬含量[10]，研究區(qū)域表層沉積物中7種重

金屬含量均值均高于福建省近岸淺海沉積物中重金屬的含量，相差最大的是Cd，是福建省近岸沉積物中Cd含量的2.1倍，其它重金屬含量均為福建省近岸淺海沉積物中含量的1倍多.

選用變異系數(shù)來定量反映研究區(qū)域表層沉積物中重金屬含量的空間波動(dòng)情況，變異系數(shù)是含量標(biāo)準(zhǔn)差和均值的比值[11].由表1可知，這7種重金屬的變異系數(shù)的范圍在0.12～0.85之間，大小排序?yàn)镃u>Cd>Cr>Zn>Ni>Pb>Co.其中排在前兩位的是Cu、Cd，變異系數(shù)分別為0.85、0.73，表明Cu、Cd的平面分布很不均勻，離散程度很大.Co、Pb、Ni的變異系數(shù)相對(duì)較小，分別為0.12、0.15、0.22，說明Co、Pb、Ni含量空間變化較小，離散程度低.

以《海洋沉積物質(zhì)量》[12]為標(biāo)準(zhǔn)，用單項(xiàng)指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)Cr、Cu、Zn、Cd及Pb含量進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示：調(diào)查站位表層沉積物中Cd、Pb含量均符合第一類海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；而Cr、Cu和Zn含量符合第一類海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的站位分別占35%、71%、71%，其他站位符合第二、第三類海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其中Cr含量符合第三類海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的站位占比最大，達(dá)到18%.

2.2 重金屬空間分布特征

安海灣、圍頭灣表層沉積物中7種重金屬元素的分布情況見圖2.由圖2可知，除Co外，各重金屬含量的高值區(qū)主要集中在安海灣，而低值區(qū)主要集中在圍頭灣中部離陸域較遠(yuǎn)海域地帶，重金屬含量平面分布總體呈現(xiàn)由西北向東南降低的趨勢(shì)，在靠近陸域的東南部有少量回升，其中Ni、Cu、Zn的高值點(diǎn)均出現(xiàn)在1號(hào)站位，Cr、Cd和Pb的高值點(diǎn)出現(xiàn)在4、2、5號(hào)站位，均是離陸地較近的海域，可能受陸源輸入的影響較大.Co含量走勢(shì)與其它元素不相同，沒有明顯的規(guī)律性，高值區(qū)出現(xiàn)在9、13、14號(hào)站位，低值區(qū)出現(xiàn)在12、16號(hào)站位，可能跟環(huán)境背景特征有關(guān).

表1 安海灣、圍頭灣表層沉積物重金屬含量Tab.1 Contents of heavy metals in surface sediments of Anhai Bay and Weitou Bay

圖2 安海灣、圍頭灣海域表層沉積物重金屬含量平面分布Fig.2 Horizontal distribution of heavy metals in surface sediments of Anhai Bay and Weitou Bay圖中單位為μg/g

2.3 重金屬含量之間的相關(guān)性

使用SPSS 20.0軟件對(duì)安海灣、圍頭灣表層沉積物中重金屬含量作相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示.由表2可知，安海灣、圍頭灣表層沉積物中Cr、Cu、Zn、Cd和Pb含量?jī)蓛沙蕵O顯著正相關(guān)，Ni與Co、Cu、Zn分別呈極顯著正相關(guān)，與Cr、Cd、Pb分別呈顯著正相關(guān)，表明對(duì)應(yīng)元素之間具有顯著的同源性.Co除與Ni極顯著相關(guān)外，與其它重金屬不存在明顯的相關(guān)性.

2.4 重金屬來源分析

為進(jìn)一步分析研究區(qū)域表層沉積物中重金屬的來源，同樣采用SPSS 20.0軟件對(duì)研究區(qū)域表層沉積物中7種重金屬進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表3.由相關(guān)性分析知本研究區(qū)域重金屬間有較好的相關(guān)性， KMO值為0.686，大于0.500；Sig值為0.00，小于顯著性水平0.05，表明本研究重金屬數(shù)據(jù)適宜作主成分分析[13-14].

表2 安海灣、圍頭灣表層沉積物各重金屬含量之間的相關(guān)性Tab.2 Correlations among the heavy metal contents in the surface sediments of Anhai Bay and Weitou Bay

注：“**”表示極顯著相關(guān)，“*”表示顯著相關(guān)，n=17

由表3 知，第一和第二主成分累積貢獻(xiàn)率達(dá)91.026%，已能反映研究數(shù)據(jù)的大部分信息.第一主成分的貢獻(xiàn)率為72.722%，主要表現(xiàn)為因子變量在Cr、Cu、Zn、Cd和Pb含量上有較高的正載荷，均在0.900以上.由相關(guān)性分析知，安海灣、圍頭灣海域中Cr、Cu、Zn、Cd和Pb的來源具有相似性，且本次調(diào)查結(jié)果顯示，在靠近陸域的灣頂和灣口處，這5種重金屬含量均遠(yuǎn)高于圍頭灣離陸域較遠(yuǎn)海域的相應(yīng)重金屬含量，從這5種重金屬對(duì)第一主成分的貢獻(xiàn)可以認(rèn)為第一主成分主要反映工業(yè)排污和生活排污對(duì)沉積物的影響.實(shí)地調(diào)查與前人的研究[6]均表明，在安海灣灣頂左右密集分布著石材廠、化工廠、鋼材廠、皮革廠和電鍍廠等，這些工廠的排污都會(huì)增加安海灣、圍頭灣海域沉積物中重金屬含量.Ni含量在第一主成分中也有相對(duì)較高的正載荷，為0.757，且與Cr、Cu、Zn、Cd和Pb呈顯著正相關(guān)，說明第一主成分也支配著Ni的來源，即研究區(qū)域表層沉積物中Ni含量來源于周圍工廠和生活排污.

第二主成分的貢獻(xiàn)率為18.304%，主要表現(xiàn)為因子變量在Co和Ni的含量上有較高的正載荷，分別為0.889和0.521.從表2可知，Co和Ni呈極顯著正相關(guān)，表明Co和 Ni來源具有一定的相似性，Co、Ni含量分別是福建省近岸淺海沉積物相應(yīng)重金屬含量[10]的1.1、1.2倍，與福建省海岸帶土壤背景值相比，分別是其1.4和1.9倍，由表1可知，Co和Ni含量的變異系數(shù)是0.12、0.22，都比較小，說明空間離散程度低，可以理解為第二主成分反映的是自然來源[15]，即Co和Ni含量受巖石風(fēng)化等地球化學(xué)過程的影響.由前面分析可知，沉積物中Ni的來源也受第一主成分支配，所以沉積物中Ni含量受人為來源和自然來源共同影響.

表3安海灣、圍頭灣表層沉積物重金屬主成分分析

Tab.3 Results of principal component analysis for heavy metals

in the surface sediments of Anhai Bay and Weitou Bay

2.5 研究海域表層沉積物中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采用瑞典學(xué)者Hakanson(1980)提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法[16]對(duì)研究海域表層沉積物中7種重金屬Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb進(jìn)行評(píng)價(jià).該方法不僅考慮重金屬的含量，還將重金屬的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)與毒理學(xué)聯(lián)系起來，采用具有可比性的、等價(jià)屬性指數(shù)分級(jí)法進(jìn)行評(píng)價(jià)[17].該方法采用的計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

潛在生態(tài)危害指數(shù)法涉及到的重金屬包括Hg、Cd、Pb、Cu、Cr、Zn，與本研究所測(cè)的沉積物重金屬種類并不完全一致，劉成等(2002)[19]認(rèn)為應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)情況作出相應(yīng)調(diào)整，調(diào)整后RI見表5[20].

表4 重金屬的背景參考值和毒性系數(shù)[14]Tab.4 Background reference values and toxicity coefficient of heavy metals

表和RI值對(duì)應(yīng)的污染程度和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度Tab.5 Degrees of pollution and potential ecological risk corresponding to the values and RI

表6 安海灣、圍頭灣表層沉積物重金屬污染系數(shù)Tab.6 Pollution coefficient of heavy metals in surface sediments in Anhai Bay and Weitou Bay

表7 安海灣、圍頭灣表層沉積物中重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)和潛在生態(tài)危害指數(shù)Tab.7 Potential ecological risk coefficient and potential ecological risk index of heavy metals in the surface sediments of Anhai Bay and Weitou Bay

3 結(jié)論

(1)安海灣、圍頭灣海域表層沉積物中Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb含量均值分別為96.99、13.35、33.53、39.68、132.87、0.17、39.10 μg/g.調(diào)查站位表層沉積物Cd、Pb的含量均符合第一類海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，Cr、Cu和Zn含量符合第一類海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的站位分別占35%、71%、71%，其他站位符合第二、三類海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，Cr含量符合第三類海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的站位占比最大，達(dá)到18%.

(2)研究區(qū)域表層沉積物中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb含量平面分布特征相似，總體呈現(xiàn)由西北向東南遞減的趨勢(shì)，在靠近陸域的東南部有輕微回升，體現(xiàn)人為排污的影響.Co含量走勢(shì)與其它重金屬不相同，沒有明顯的規(guī)律性，高值區(qū)出現(xiàn)在9、13、14號(hào)站位，低值區(qū)出現(xiàn)在12、16號(hào)站位，可能跟環(huán)境背景特征有關(guān).

(3)Cr、Cu、Zn、Cd和Pb含量?jī)蓛沙蕵O顯著正相關(guān)，Ni與Co、Cu、Zn分別呈極顯著正相關(guān)，與Cr、Cd、Pb分別呈顯著正相關(guān)，表明對(duì)應(yīng)元素之間有顯著的同源性；Co除與Ni極顯著正相關(guān)外，與其它重金屬不存在明顯的相關(guān)性.

(4)安海灣、圍頭灣表層沉積物中Cr、Cu、Zn、Cd和Pb主要來源于周圍工廠廢水和生活污水的排放，Ni主要來源于巖石風(fēng)化等地球化學(xué)過程和人為排污輸入，Co主要來源于巖石風(fēng)化等地球化學(xué)過程.