魏小輝，張昊晟

(中交廣州水運(yùn)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510220)

紅樹林具有重要的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)功能，在提供生物棲息地、預(yù)防減少風(fēng)浪災(zāi)害、促淤保灘、凈化大氣與海洋環(huán)境、維護(hù)海岸景觀等諸多方面發(fā)揮著重要的作用[1]。紅樹林沉積物受人類活動(dòng)、入海河流等因素共同影響，具有較為復(fù)雜的重金屬沉積環(huán)境。研究表明，紅樹植物對(duì)重金屬有較強(qiáng)的富集能力[2]，紅樹林地內(nèi)的有機(jī)物殘留碎屑亦對(duì)重金屬有較強(qiáng)的吸附作用[3]，又因紅樹林生長(zhǎng)于海陸交界處，獨(dú)特的生存環(huán)境使其更容易成為重金屬污染匯集地[4]。此外，重金屬在自然環(huán)境中性質(zhì)穩(wěn)定，通過食物鏈的轉(zhuǎn)運(yùn)及富集，最終危害人類身體健康[5]。因此，紅樹林重金屬污染受到廣泛關(guān)注。廣東省陽江市陽西縣程村鎮(zhèn)是少數(shù)具有天然紅樹林地的地區(qū)，對(duì)其進(jìn)行紅樹林沉積物重金屬含量測(cè)定、污染情況分析等研究，可為當(dāng)?shù)丶t樹林保護(hù)與修復(fù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣東省陽江市陽西縣程村鎮(zhèn)紅樹林自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年均太陽總輻射量111.56 kcal·cm-2，年均氣溫23 ℃。歷年最高潮位3.99 m (黃海高程，下同)，最低0.16 m，平均高潮位2.90 m，平均低潮位1.33 m，平均潮差1.57 m，潮型屬不規(guī)則半日潮，大潮每月二次，分別是農(nóng)歷初一和十五，浪高一般1～2 m，臺(tái)風(fēng)天氣時(shí)可達(dá)6～8 m。

2 材料與方法

2.1 樣品采集與處理

于2022 年10 月在陽西縣程村鎮(zhèn)紅樹林自然保護(hù)區(qū)分層采集0～30 cm 處沉積物樣品18 份。采樣時(shí)先將土壤表層落葉及其他雜物清理干凈，再使用潔凈的聚丙烯鏟子取0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 處泥質(zhì)沉積物，去除根、葉等雜質(zhì)后保存于聚乙烯密封袋內(nèi)待測(cè)。

樣品由廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所檢測(cè)。Pb、Cd、Cr、Cu、Zn 和Ni 經(jīng)HNO3-HF-HClO4全消解，采用電感耦合等離子發(fā)射光譜質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)定；Hg、As 用HCl-HNO3消解，采用原子熒光光譜法(AFS)測(cè)定。

2.2 重金屬污染評(píng)價(jià)方法

2.2.1 地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)法(Geo-accumulation Index，Ig)是評(píng)價(jià)重金屬污染程度的方法，不僅考慮了自然過程造成的污染，而且能充分反映人類活動(dòng)對(duì)重金屬污染的影響，常用于評(píng)價(jià)沉積物的重金屬污染水平[6]，其公式為：

式中，Ig表示地累積指數(shù)，可分為七個(gè)重金屬污染程度量級(jí)(表1)。Cn為測(cè)量重金屬元素n的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(mg/kg)；Bn為重金屬元素的區(qū)域背景值，本研究采用中國(guó)海岸帶土壤背景值。

表1 地累積指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for index of geo-accumulation

2.2.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法(Potential ecological risk index，RI)根據(jù)重金屬性質(zhì)與環(huán)境行為特點(diǎn)，對(duì)沉積物中重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)[7]。其公式為：

式中，RI表示潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Eri為重金屬元素i 的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Tri為重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)；Cfi為重金屬元素i的污染系數(shù)；Csi為測(cè)量重金屬元素i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Cni為重金屬元素的區(qū)域背景值，本研究采用中國(guó)海岸帶土壤背景值。其中當(dāng)Eri值小于40 時(shí)則視為輕微的單因子污染物潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)Eri值處于40 與80 之間時(shí)視為中等的單因子污染物潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)Eri值處于80 與160 之間時(shí)視為強(qiáng)的單因子污染物潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)Eri值處于160 與320 之間時(shí)視為較強(qiáng)的單因子污染物潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)Eri值大于320 時(shí)視為極強(qiáng)的單因子污染物潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)RI值小于150 時(shí)視為輕微的總潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)RI值處于150 與300 之間時(shí)視為中等的總潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)RI值處于300 與600 之間時(shí)視為強(qiáng)的總潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)RI值大于600 時(shí)視為較強(qiáng)的總潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 重金屬含量分析

程村鎮(zhèn)紅樹林自然保護(hù)區(qū)采樣點(diǎn)沉積物重金屬含量特征如表2 所示，所測(cè)8 種重金屬含量大小依次為Zn>Cr>Pb>Cu>Ni>As>Cd>Hg。通過變異系數(shù)可知，元素在不同深度處分布較為均勻，推測(cè)該地區(qū)沉積物中重金屬沉積趨勢(shì)較為一致。

表2 程村鎮(zhèn)紅樹林自然保護(hù)區(qū)沉積物重金屬含量特征Table 2 Content characteristics of heavy metal elements in sediments of Chengcun Town Mangrove Nature Reserve

將程村鎮(zhèn)紅樹林表層沉積物重金屬含量與國(guó)內(nèi)其他地區(qū)紅樹林表層沉積物重金屬含量進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，以判斷其表層沉積物重金屬含量水平(表3)。程村鎮(zhèn)紅樹林表層沉積物各類重金屬含量水平均在污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值以內(nèi)，Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As 略高于中國(guó)海岸帶背景值；其重金屬含量略高于霞山區(qū)、南三島、珍珠灣，略低于南山鎮(zhèn)、鎮(zhèn)海灣。綜合對(duì)比其他地區(qū)，程村鎮(zhèn)紅樹林表層沉積物重金屬含量處于中等水平。

表3 國(guó)內(nèi)其他地區(qū)紅樹林沉積物重金屬含量Table 3 Contents of heavy metal elements in mangrove sediments of other areas of China

3.2 重金屬污染評(píng)價(jià)

應(yīng)用地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)程村鎮(zhèn)紅樹林自然保護(hù)區(qū)內(nèi)沉積物重金屬污染水平(圖1)。程村鎮(zhèn)紅樹林沉積物重金屬Ig值分布較均勻，說明各點(diǎn)位沉積物污染情況近似。其中Pb、Hg 在所有采樣點(diǎn)測(cè)定的Ig值均在輕度污染范圍內(nèi)；Cu 在部分表層(0～10 cm)沉積物中表現(xiàn)出無污染特征，其余深度均表現(xiàn)出輕度污染特征；Zn 在所有采樣點(diǎn)20～30 cm 深度表現(xiàn)出輕度污染特征；As 在20～30 cm 深度表現(xiàn)出輕度污染特征。綜上所述，該地區(qū)受重金屬污染程度較小，Pb、Hg 是造成輕度污染的主要來源。

圖1 紅樹林沉積物重金屬元素地累積指數(shù)Fig. 1 Geological accumulation index of heavy metal elements in mangrove sediments

3.3 重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

應(yīng)用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)程村鎮(zhèn)紅樹林自然保護(hù)區(qū)內(nèi)沉積物重金屬進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3。Cu、Zn、Ni、Pb、Cd、Cr、As 的Eri均值分別為8.2、1.5、4.5、9.3、5.0、1.9、13.1，均低于40，表現(xiàn)出輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；Hg 在所有點(diǎn)位的Eri值大于80，表現(xiàn)出強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。綜上所述，該地區(qū)重金屬Hg 造成了強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。而總體的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI均值為128.5，處于輕微水平，說明污染程度較小。

圖2 紅樹林沉積物重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Fig. 2 Potential ecological hazard index of heavy metal elements in mangrove sediments

3.4 重金屬來源分析

3.4.1 重金屬相關(guān)性分析

對(duì)程村鎮(zhèn)紅樹林沉積物重金屬含量進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，通過單尾t 檢驗(yàn)(sig.<0.05)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。結(jié)果表明，除Cu-As、Cr-As 外，其他各元素之間均呈現(xiàn)出正相關(guān)，說明Cu-As、Cr-As 來源相異(表4)；在統(tǒng)計(jì)的8 種元素中，Zn、Ni、Pb、Cd、Cr之間的相關(guān)系數(shù)在0.7 以上(Pb-Cr 除外)，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性，說明這5 種重金屬元素具有相似的來源；Cu、Hg、As 與其他元素間相關(guān)性弱，推測(cè)其來源與其他金屬不同，這與2014～2016 年間廣東省沿海沉積物重金屬相關(guān)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果一致[14]。

表4 紅樹林沉積物重金屬相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of heavy metals in mangrove sediments

表5 紅樹林沉積物重金屬因子載荷Table 5 Factorial loading of heavy metals in mangrove sediments

3.4.2 重金屬主成分分析

通過主成分分析得知，前兩個(gè)因子累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)79.754%，可以反映數(shù)據(jù)信息。其中，因子1 的方差貢獻(xiàn)率為59.310%，其中Zn、Ni、Pb、Cd、Cr具有較高的正載荷，與相關(guān)性分析結(jié)果相似。該地區(qū)居民生活污水大多直接排放入海[15]，且當(dāng)?shù)囟囵B(yǎng)殖生蠔，大量船只停泊在入?？冢鳳b 污染主要與船舶排污、零件損耗等相關(guān)[16]。由此推測(cè)因子1 主要反映人類活動(dòng)對(duì)研究區(qū)域造成污染。因子2 的方差貢獻(xiàn)率為20.443%，其中Hg、As 具有較高的正載荷。在紅樹林地內(nèi)Hg 含量與pH、粒度、有機(jī)質(zhì)等呈顯著正相關(guān)，其分布是眾多環(huán)境因素和人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果。當(dāng)?shù)厣儆泄I(yè)區(qū)，具有較多的養(yǎng)殖塘，有機(jī)質(zhì)、餌料、化肥等過度使用均可能引發(fā)重金屬污染[17]。因此推測(cè)因子2 主要反映自然因子及有機(jī)質(zhì)、餌料、化肥等輸入造成的影響。

4 結(jié)論

(1) 程村鎮(zhèn)紅樹林自然保護(hù)區(qū)重金屬污染受人類活動(dòng)影響較大，其重金屬含量依次為Zn>Cr>Pb>Cu>Ni>As>Cd>Hg，均低于土壤污染風(fēng)險(xiǎn)值。Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As 略高于中國(guó)海岸帶背景值，與國(guó)內(nèi)其他地區(qū)相比，污染程度處于中等水平。

(2) 保護(hù)區(qū)內(nèi)整體處于輕度污染，Pb、Hg 是污染的主要來源；總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)處于輕微水平，污染程度較小，其中Hg 表現(xiàn)出強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

(3) 通過主成分分析，推測(cè)保護(hù)區(qū)內(nèi)污染主要來源為人類活動(dòng)造成的，需要控制重金屬輸入，重點(diǎn)關(guān)注Hg 污染。