張杰，顧效源，張建國，張四維

(1.山東省海洋地質(zhì)勘查院，山東 煙臺 264001;2.山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺 264001；3.山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000)

0 引言

近岸海域處于陸地和海洋的接合部，海陸相互作用活躍，人類開發(fā)活動密集，環(huán)境影響因素日趨復(fù)雜，物質(zhì)和能量的聚集與轉(zhuǎn)換遠(yuǎn)比其他區(qū)域迅速。重金屬等污染物質(zhì)隨自然風(fēng)化及人類活動的產(chǎn)物通過河流、海洋動力和大氣的搬運并累積于此，成為污染物質(zhì)的重要歸宿之一[1-7]。近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者開展了河口及近岸海域沉積物環(huán)境質(zhì)量的研究，查清并評價了河口，尤其是受人類活動強烈影響的河口及海灣底質(zhì)的重金屬污染現(xiàn)狀。目前，國內(nèi)對近岸海域，特別是長江口、珠江口、膠州灣等海域的研究較為深入，這些地區(qū)多集中在一線或準(zhǔn)一線城市的特定海域，涉及二線城市海域的研究相對較少，將整個城市近岸海域作為研究區(qū)進(jìn)行研究的例子更是少之又少，這就對城市生態(tài)文明的統(tǒng)籌發(fā)展帶來了一定的困難。以往關(guān)于煙臺近岸表層沉積物重金屬的研究主要集中在幾個重要的灣區(qū)。例如，通過對芝罘灣海底表層沉積物重金屬分析，發(fā)現(xiàn)其富集區(qū)為芝罘島及夾河入?？谥苓吅Ｓ?，重金屬含量與水深、離岸距離、沉積物粒度等存在一定的相關(guān)關(guān)系[8]；對丁字灣海底表層沉積物重金屬研究，顯示該區(qū)海域表層沉積物以砂質(zhì)為主，重金屬整體含量較低[9]。

該次研究區(qū)位于煙臺近岸海域。煙臺作為山東省3個新舊動能轉(zhuǎn)換試驗區(qū)之一，經(jīng)濟(jì)發(fā)展特別是工業(yè)聚集發(fā)展?jié)摿薮螅罅康闹亟饘傥廴疚锱湃牖蚪逗Ｓ?，?jīng)濟(jì)發(fā)展所帶來的生態(tài)環(huán)境問題越來越突出[10-13]。但是，以往的研究并沒有包含煙臺近岸全部海域。為了整體地了解煙臺近岸海區(qū)沉積物重金屬的污染特征，此次研究通過對煙臺近岸海底表層沉積物樣品進(jìn)行測試分析，詳細(xì)闡述了重金屬的分布情況，運用多種評價方法，對該區(qū)域重金屬污染情況做出了評價[14-23]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域及樣品采集

研究區(qū)范圍從海岸線向海域延伸5～27km，平均約以20km為界。表層沉積物取樣站位按網(wǎng)格狀布設(shè)，其間距為在圖幅內(nèi)8km×4km(圖1)，共獲得150個表層沉積物樣品。取樣方法采用抓斗取樣器，用DGPS定位系統(tǒng)定位。

1—工作區(qū)范圍；2—取樣點位置圖1 表層沉積物取樣站位圖

每個站位采樣量≥1kg。采樣深度50cm，按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》進(jìn)行樣品存儲、預(yù)處理，避免污染發(fā)生。

重金屬元素As,Cd,Cr,Cu,Pb,Zn采用美國安捷倫公司的Agilent7500C電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測試，常量元素Al，F(xiàn)e采用美國PE公司的DV4300型電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)測試，同時用平行樣和國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GB07315分別控制樣品分析的精確性和標(biāo)準(zhǔn)型。重金屬元素平行樣的相對誤差<5%，標(biāo)準(zhǔn)物的回收率在110%～125%；常量元素平行樣的相對誤差<5%，標(biāo)準(zhǔn)物的回收率在95%～120%。

1.2 質(zhì)量評價方法

1.2.1 單因子污染評價法

根據(jù)《海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB18669—2002)》對重金屬元素進(jìn)行評價，各元素評價指標(biāo)見表1。

1.2.2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價法

內(nèi)梅羅指數(shù)法評價前首先進(jìn)行單因子評價，計算模型為：

式中:Pi—i污染物的單項污染指數(shù)；Ci—i污染物的實測值；Si—i污染物的標(biāo)準(zhǔn)值。

表1 海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

注：由于《海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB18669—2002)》中未列Ni元素的評價指標(biāo)，因此該次評價中未列入Ni元素。

內(nèi)梅羅污染指數(shù)計算模型為：

表2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)

1.2.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法生態(tài)風(fēng)險因子計算公式：

表3 山東省東部元素背景值

重金屬的綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)Ri可以表示為各個重金屬的Ei之和：

生態(tài)風(fēng)險評價標(biāo)準(zhǔn)參考Hadason[14]在研究土壤沉積物時對重金屬單項及綜合潛在風(fēng)險評價的分級，分級標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 潛在生態(tài)風(fēng)險分級

2 重金屬元素空間分布特征

整體來看，煙臺近岸海域表層沉積物環(huán)境質(zhì)量較好，海域工作區(qū)范圍內(nèi)150個站位各元素監(jiān)測結(jié)果多處于低值區(qū)范圍，高值區(qū)范圍較為集中(圖2)。

1—低值區(qū)；2—中值區(qū)；3—高值區(qū)圖2 元素地球化學(xué)分布特征

As高值區(qū)分布在龍口以西近岸海域。中值區(qū)的分布與港口存在相關(guān)性，海陽、煙臺、蓬萊、龍口、萊州的外圍均存在As元素含量高濃度區(qū)。Cd高值區(qū)主要分布在芝罘島、養(yǎng)馬島周圍海域。雖然Cd在煙臺南部近岸海域無高值點，但該區(qū)域所有點的檢測結(jié)果全處于中值范圍，存在輕度污染。

除As外，Cr,Cu在龍口以西海域也有一處高值區(qū)，而在煙臺近岸海域整體污染程度較低，中值區(qū)與As的分布具有相似性，表明3種元素可能具有相同的污染源。Hg雖無污染高值區(qū)，但中值區(qū)在海域分布面積較廣應(yīng)引起人們的警覺。

Ni與Pb重金屬分布基本一致，高值區(qū)主要分布在海陽外圍海域。中值區(qū)主要集中在長島、蓬萊周邊海域；低值區(qū)主要在萊州灣。

Zn在工作區(qū)內(nèi)分布比較分散，中值區(qū)的分布主要集中在龍口北部、芝罘島、養(yǎng)馬島周邊海域，長島周圍海域及海陽鳳城鎮(zhèn)以南海域；低值區(qū)分布在三山島西部海域、開發(fā)區(qū)北部海域、養(yǎng)馬島北部海域以及辛安南部海域。

3 海底表層沉積物環(huán)境質(zhì)量評價

3.1 單因子污染指數(shù)評價結(jié)果

單因子分析結(jié)果顯示，工作區(qū)海域底質(zhì)沉積物總體質(zhì)量較好，評定為一類標(biāo)準(zhǔn)的面積為4928km2，約占研究區(qū)海域面積的88%；評定為二類沉積物分布面積為175.93km2，約占研究區(qū)海域面積的3%，影響因子主要是Cr,Hg,Cu;二類沉積物主要集中在龍口西部和芝罘島周邊海域；研究區(qū)無海域沉積物評定為3類(表5、圖3)。

表5 海洋沉積物一類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(mg/kg)

1—第一類；2—第二類圖3 海底沉積物質(zhì)量評價

3.2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價結(jié)果

選擇一類標(biāo)準(zhǔn)對海域海底沉積物進(jìn)行評價，單因子污染評價結(jié)果顯示150個站位中，Cr元素有2個站位、Cu元素有5個站位、Hg有2個站位的樣品屬于第Ⅱ等級，存在輕污染現(xiàn)象；As，Cd，Pb，Zn均未污染(表6、表7)。

表6 單因子評價結(jié)果

表7 內(nèi)梅羅評價結(jié)果

研究區(qū)內(nèi)梅羅指數(shù)0.18～1.50，以清潔、尚清潔為主，輕污染區(qū)集中在龍口以西和芝罘島周邊海域(圖4)。

1—清潔區(qū)；2—尚清潔區(qū)；3—輕污染區(qū)圖4 海底沉積物內(nèi)梅羅指數(shù)評價

3.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)評價結(jié)果

150個站位、7種重金屬元素生態(tài)風(fēng)險因子計算結(jié)果如表8所示。

表8 風(fēng)險因子評價結(jié)果

研究區(qū)內(nèi)Hg，Cd，Pb，Cu，Zn，Cr，As的潛在生態(tài)危害系數(shù)均值分別為63.408,33.052,3.930,9.455,1.004,1.775,6.700;除Hg,Cd外均小于40;最大值也小于40。表明除Hg,Cd外重金屬生態(tài)危害程度較低；Hg均值超過40，最大值146.345，重金屬生態(tài)危害程度為低—中—較高等風(fēng)險；Cd均值小于40，但最大值超過40，重金屬生態(tài)危害程度為低—中等風(fēng)險。研究區(qū)單個重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險因子均值由高到低依次為Hg>Cd>Cu>As>Pb>Cr>Zn，其中Hg有85個站位樣品在40～80之間,風(fēng)險水平為中等生態(tài)風(fēng)險；36個站位樣品在80～160間，為較高生態(tài)風(fēng)險；Cd有31個站位樣品在40～80之間，為中等風(fēng)險，其余元素評價均為低風(fēng)險。研究區(qū)綜合潛在風(fēng)險指數(shù)介于35.64～274.51之間，整體處于中低風(fēng)險水平，無高風(fēng)險區(qū)，表明煙臺近岸海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好(圖5)。

1—低風(fēng)險；2—中等風(fēng)險圖5 海底沉積物綜合潛在風(fēng)險指數(shù)評價

4 結(jié)論

(1)煙臺近岸海域表層沉積物質(zhì)量較好，重金屬元素大多滿足《海底沉積物質(zhì)量》(GB18668—2002)一類標(biāo)準(zhǔn)，少數(shù)站位Cr，Hg，Cu元素為二類標(biāo)準(zhǔn)。

(2)內(nèi)梅羅指數(shù)法評價結(jié)果顯示，單因子污染指數(shù)中，Cr元素有2個站位，Cu元素有5個站位，Hg有2個站位的樣品屬于第Ⅱ等級，存在輕污染現(xiàn)象；綜合污染指數(shù)中，4個站位污染程度達(dá)到警戒線，污染水平為輕污染，其他站位均屬于清潔、尚清潔水平。煙臺近岸海底表層沉積物總體污染程度較低。

(3)潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價結(jié)果顯示，各元素潛在生態(tài)污染危害次序為Hg>Cd>Cu>As>Pb>Cr>Zn，Hg元素在部分站位存在較高生態(tài)風(fēng)險；潛在生態(tài)危害指數(shù)顯示，研究區(qū)站位均處于中低風(fēng)險水平，煙臺近岸海域地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體較好。