趙永芳，田旭，葉友權，徐方建

1.中國科學院海洋研究所，山東膠州灣海洋生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，山東青島 266071

2.青島海洋科學與技術國家實驗室，海洋生態(tài)與環(huán)境科學功能實驗室，山東青島266237

3.中國科學院海洋大科學研究中心，山東青島 266071

4.青島海上綜合試驗場有限公司，山東青島 266200

5.福建省海洋地震觀測中心，福建廈門 361021

6.海南大學海洋學院，?？?570228

引 言

微量元素在海洋生態(tài)系統(tǒng)中的生物過程、物質(zhì)循環(huán)中具有多樣的功能，河流沉積物是其進入水環(huán)境的重要介質(zhì)之一。其中的重金屬元素可能對生物產(chǎn)生毒性并破壞生態(tài)系統(tǒng)，還可以通過食物鏈中的富集和運輸影響人們的健康[1-2]。沉積物作為重金屬重要的“匯”和海水二次污染的“源”，在重金屬運儲和過程研究中發(fā)揮著重要作用。

膠州灣位于山東半島南側的黃海之濱，被譽為青島市的“母親灣”，面積約370 km2，平均水深約7 m，是一個典型的溫帶半封閉海域[3]。環(huán)灣入海的季節(jié)性河流有新安河、道爾河、草文河、洋河、王家灘河、大沽河、洪江、磨水河、白沙河、婁山河、李村河、海泊河等10余條，這些河流的流域也是青島市重要的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等經(jīng)濟快速發(fā)展的地區(qū)[3]。

目前已有部分陸地生態(tài)系統(tǒng)中土壤微量元素數(shù)據(jù)集[4-6]和湖泊洲灘土壤元素含量數(shù)據(jù)集發(fā)布[7]，未見海灣潮間帶及入海河流流域的微量元素數(shù)據(jù)集發(fā)表。本數(shù)據(jù)集包含環(huán)膠州灣入海12條河流和環(huán)灣潮間帶76個站點表層沉積物8種微量元素濃度數(shù)據(jù)，計算出微量元素污染和生態(tài)效應的評估參數(shù)并對所有的參數(shù)進行空間繪圖，滿足分析和展示的需要。本數(shù)據(jù)集可以服務于微量元素分布與輸運、污染評價、生態(tài)安全評估等科學研究，也能為海岸和河流管理、相關環(huán)境保護政策的制定和實施提供基礎數(shù)據(jù)。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 樣品采集與預處理

2015年在環(huán)膠州灣河流和潮間帶采集表層沉積物樣品76個，其中47個采集自12條入海河流表層沉積物，29個采集自環(huán)膠州灣潮間帶表層沉積物。入灣12條小型季節(jié)性河流分別為新安河（XA）、道爾河（DE）、草文河（CW）、洋河（YH）、王家灘河（WJT）、大沽河（DG）、洪江（HJ）、磨水河（MS）、白沙河（BS）、婁山河（LS）、李村河（LC）和海泊河（HP），采樣點沿河流均勻布設（圖1）。樣品采集時使用手持式全球定位系統(tǒng)（GPS）定位，使用塑料勺采集表面沉積物樣品（頂部2 cm），密封在干凈的聚乙烯袋中。

1.2 樣品分析

沉積物樣品在60°C下烘干，加入過量的1mol L-1HCl在60°C的水浴消解1小時，以去除碳酸鈣[8]。用蒸餾水將樣品離心（3500 rpm，6 min）清洗3次，去掉上清液在60°C烘干后，使用瑪瑙研缽和杵研磨成粉末。進行微量元素（Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Co、Ni和As）和用于參數(shù)計算所需鋁元素（Al）濃度測試。樣品的檢測過程使用購自美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的BHVO-2和中國標準物質(zhì)（GBW07315和GBW07316）進行質(zhì)量控制。

圖1 表層沉積物采樣站位圖Figure 1 Sampling sites for surface sediments

1.3 參數(shù)計算方法

（1）地質(zhì)累積指數(shù)（Igeo）：本參數(shù)由德國學者Müller[9]提出并被廣泛應用，計算公式如下：

Cn: 元素n在沉積物中的濃度；

Bn: 元素n的地球化學背景值；

K：為常數(shù)，一般取1.5。

（2）富集因子（EF）：用于評估人類活動對微量元素的貢獻[10]，計算公式如下：

(CM/Al)sample：樣品中元素M和元素Al的濃度比例；

（3）污染因子（CF）：由瑞典學者H?kanson提出，是評價沉積物污染程度和水域潛在生態(tài)風險的參數(shù)[11]，能反應單個元素的污染水平。

Csample：樣品中元素濃度；

Cbackground：元素的地球化學背景值。

（4）污染負荷指數(shù)（PLI）：是Tomlinson等人在重金屬污染水平分級相關研究中提出的一種污染評價方法，能表達各重金屬對污染的貢獻程度以及重金屬時空變化趨勢[12]，其計算公式為：

CFn：元素n的生態(tài)風險指數(shù)。

參數(shù)計算的地球化學背景值均選擇中國東部地殼元素濃度[13]。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

本數(shù)據(jù)集為Excel表格型數(shù)據(jù)和zip圖形壓縮文件。表格型數(shù)據(jù)文件包含2個數(shù)據(jù)表：“沉積物微量元素濃度”表存放微量元素濃度數(shù)據(jù)，包含砷(As)、鉻(Cr)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鎘(Cd)、鈷(Co)、鉛(Pb)和鎳(Ni)8個要素 76條數(shù)據(jù)；“參數(shù)”表存放計算獲取的微量元素污染和生態(tài)效應的評估參數(shù)，包括重點關注的6個要素的地質(zhì)累積指數(shù)(Igeo)、富集因子(EF)、污染因子(CF)以及綜合污染負荷指數(shù)(PLI)。數(shù)據(jù)表單所包含的具體字段名稱、類型和示例見表1-2。

表1 沉積物微量元素濃度表結構Table 1 Structure table of sediment trace element concentration

表2 參數(shù)表結構Table 2 Structure table of pollution indices

序號 字段名稱 數(shù)據(jù)類型 樣例數(shù)據(jù)7 IgeoCr 數(shù)值型 -1.04 8 IgeoCd 數(shù)值型 -0.53 9 IgeoAs 數(shù)值型 -0.42 10 EFCu 數(shù)值型 0.50 11 EFPb 數(shù)值型 0.79 12 EFZn 數(shù)值型 0.70 13 EFCr 數(shù)值型 0.76 14 EFCd 數(shù)值型 1.08 15 EFAs 數(shù)值型 1.17 16 CFCu 數(shù)值型 0.48 17 CFPb 數(shù)值型 0.75 18 CFZn 數(shù)值型 0.67 19 CFCr 數(shù)值型 0.73 20 CFCd 數(shù)值型 1.04 21 CFAs 數(shù)值型 1.12 22 PLI 數(shù)值型 0.77

zip圖形壓縮文件繪制要素濃度及參數(shù)空間分布圖形30張，圖形命名規(guī)律為“要素名.jpg”，圖形分辨率600dpi，可以滿足出版和各類顯示需求，示例如圖2。

圖2 表層沉積物鎘元素污染因子空間分布Figure 2 Spatial distribution of heavy metal Cd in surface sediments

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評估

微量元素在采樣、預處理操作中嚴格按照海洋監(jiān)測規(guī)范（GB17378.5-2007）[14]進行，避免樣品的污染。樣品分析采用標準物質(zhì)BHVO-2（美國地質(zhì)調(diào)查局）、GBW07315和GBW07316進行儀器精密度標定，標準物質(zhì)測量值均在認證范圍內(nèi)。

4 數(shù)據(jù)價值

本數(shù)據(jù)集包含膠州灣主要入灣河流及潮間帶表層沉積物微量元素的濃度，是該區(qū)域非常全面的重金屬數(shù)據(jù)，可以服務于微量元素分布與輸運、污染評價、生態(tài)安全評估等科學研究，也可為海岸和河流管理、相關環(huán)境保護政策的制定和實施提供基礎數(shù)據(jù)。

5 數(shù)據(jù)使用方法和建議

為方便使用，我們提供數(shù)據(jù)集xlsx格式的電子資料，用戶可以直接使用Microsoft Excel 2007及以上軟件版本打開瀏覽和使用。在此數(shù)據(jù)基礎上，提供高分辨率空間分布圖供下載使用，滿足出版和屏幕顯示的多種需求。

本數(shù)據(jù)集可以訪問Science Data Bank（http://doi.org/10.57760/sciencedb.j00001.00457）下載。通過關聯(lián)研究論文[8,15-16]，可以進一步了解相應的研究方法和結論。