摘要：本文根據(jù)劉公島周邊海域16站位沉積物樣品監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用單因子污染評價法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法，對劉公島周邊海域表層沉積物重金屬質(zhì)量狀況進行了評價。結(jié)果表明：研究區(qū)表層沉積物中Hg、Cd、Cu、Pb、Zn含量高于我國淺海沉積物，發(fā)生一定程度富集，整體呈西北高、東南低的分布態(tài)勢；第一類質(zhì)量標(biāo)準面積占比約55%，第二類質(zhì)量標(biāo)準占比約45%，無第三類質(zhì)量標(biāo)準海域；整體為中等生態(tài)風(fēng)險區(qū)，單項生態(tài)風(fēng)險指數(shù)由高至低排序為Hg＞Cd＞As＞Cu＞Pb＞Co＞Ni＞Zn＞Cr，其中Hg潛在生態(tài)危害相對較大。

關(guān)鍵詞：表層沉積物；重金屬；分布特征；風(fēng)險評價；劉公島

中圖分類號：X55 """文獻標(biāo)識碼：A """doi：10.12128/j.issn.1672-6979.2024.04.003

引文格式：袁星芳，楊明爽，李恒猛，等.劉公島周邊海域表層沉積物重金屬分布特征及潛在生態(tài)風(fēng)險評價［J］.山東國土資源，2024，40（4）：19-24. YUAN Xingfang， YANG Mingshuang， LI Hengmeng， et al. Distribution Characteristics and Potential Ecological Risk Assessment of Heavy Metals in the Sea Area around Liugongdao Island［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（4）：19-24.

0 引言

海洋沉積物作為海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分［1］，具有“源和匯”雙重屬性，是海洋生態(tài)環(huán)境研究的關(guān)注點［2］。而海洋表層沉積物中的重金屬通常具有來源范圍廣、存在時間長、污染后難以恢復(fù)等特征，對海洋生態(tài)系統(tǒng)具有不可逆轉(zhuǎn)的危害［3-9］。因此，研究表層沉積物重金屬分布特征及污染程度尤為重要。

威海灣位于威海市東部，三面環(huán)山，海岸近似半圓，海岸線長30km，口闊7km，劉公島靜臥灣口。由于劉公島的良好掩護作用，威海灣已成為集港口、旅游觀光、增殖養(yǎng)殖等為一體的綜合性海域。程波［10］對威海灣表層沉積物地球化學(xué)特征進行了分析研究，但僅包括Cu、Pb、Zn、Cd共4種重金屬元素；楊立平［11］分析了威海灣表層沉積物中Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As的含量分布特征，并采用潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法評價其污染程度；李恒猛［12］分析了威海灣表層沉積物中Ni、Co、Sr、Zr、Ba、Ga的含量分布特征。前人雖對威海灣開展了部分研究工作，但采用多元素、多方法進行綜合分析研究還有待加強。

本文以劉公島周邊海域表層沉積物為研究對象，選取Hg、As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Co等多種重金屬，采用單因子污染評價法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進行綜合分析研究，以期為威海灣生態(tài)環(huán)境保護、海洋牧場建設(shè)、海產(chǎn)品養(yǎng)殖等提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2022年5月，在劉公島周邊海域布設(shè)16個站位采集海底表層沉積物樣品（圖1），B2～B6位于劉公島西北部海域，B8～B14位于劉公島東北部海域，B16～B22位于劉公島東南部海域，B24～B30位于劉公島西南部海域。采用箱式取樣器進行樣品采集，重量約500～600g，采集后樣品放置于聚乙烯塑料袋中用于分析測試沉積物中的重金屬含量。樣品登記、保存與運輸嚴格按照《海洋監(jiān)測規(guī)范第3部分：樣品的采集、貯存和運輸（GB 17378.3—2007）》［13］中的相關(guān)要求執(zhí)行，并及時送至國土資源部海洋地質(zhì)實驗檢測中心進行分析測試。

1.2 測試方法

根據(jù)《海洋監(jiān)測規(guī)范第5部分：沉積物分析（GB 17378.3—2007）》［13］、《海底沉積物化學(xué)分析方法（CB/T 20260—2006）》［14］，對劉公島周邊海域海底沉積物進行分析測試，測試項目包括：As（砷）、汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鎳（Ni）、鈷（Co）等（表1）。

測試過程中，所有分析項目均設(shè)置空白樣和重復(fù)樣，用于質(zhì)量控制的標(biāo)準樣檢測結(jié)果與參考值吻合較好，相對偏差均小于5%，說明測試結(jié)果符合質(zhì)量要求。

1.3 評價方法

1.3.1 單因子污染評價法

根據(jù)《海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準》（GB18668—2002）［15］，本次選擇Hg、Cd、Pb、Zn、Cu、Cr、As共7種重金屬元素進行單因子污染質(zhì)量評價。按照海域不同使用功能和環(huán)境保護目標(biāo)，將海底沉積物劃分為3類。第一類適用于海洋漁業(yè)水域，海洋自然保護區(qū)，珍稀與瀕危生物自然保護區(qū)，海水養(yǎng)殖區(qū)，海水浴場，人體直接接觸沉積物的海上運動或娛樂區(qū)，與人類食用直接有關(guān)的工業(yè)用水區(qū)。第二類適用于一般工業(yè)用水區(qū)，濱海風(fēng)景旅游區(qū)。第三類適用于海洋港口水域，特殊用途的海洋開發(fā)作業(yè)區(qū)（表2）。

1.3.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

本次采用Haknson（1980）［16-21］提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法進行區(qū)內(nèi)重金屬污染評價，見公式（1）、公式（2）。

Eir=TirCis/Cin（1）

Ri=∑ni=1Eir（2）

式中：Ri為綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)；Eir為第i種重金屬的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)；Cis為第i種重金屬實測濃度；Cin為第i種重金屬的參照值，采用山東省東部元素背景值；Tir為第i種重金屬的毒性系數(shù)，反映重金屬的毒性水平和生物對重金屬污染的敏感程度，有關(guān)重金屬的毒性系數(shù)見表3［18］，潛在生態(tài)風(fēng)險等級劃分標(biāo)準見表4［18-19］。

2 結(jié)果與討論

2.1 表層沉積物重金屬含量分布特征

2.1.1 重金屬含量分析

為深入探究研究區(qū)表層沉積物含量變化特征及規(guī)律，本次選擇As、Hg、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Co共9種重金屬進行分析，含量分別為9.86～12.80mg/kg、0.057～0.092mg/kg、0.10～0.26mg/kg、72.00～91.60mg/kg、25.20～39.40mg/kg、29.20～96.30mg/kg、84.50～138.00mg/kg、27.00～37.40mg/kg、11.80～16.20mg/kg，平均值分別為11.27mg/kg、0.072mg/kg、0.18mg/kg、82.27mg/kg、33.10mg/kg、38.93mg/kg、108.22mg/kg、32.64mg/kg、14.18mg/kg（表5）［20-21］。

分析各元素含量可知，含量由多到少依次為Zn＞Cr＞Pb＞Cu＞Ni＞Co＞As＞Cd＞Hg。Zn元素含量最多，平均值為108.22mg/kg，波動范圍為84.50～138.00mg/kg；Cu和Ni元素的平均含量大致相當(dāng)，分別為33.10mg/kg、32.64mg/kg；Hg元素含量最少，平均值為0.072mg/kg。

分析變異系數(shù)可知，Pb元素變異系數(shù)最大，為38.8%，說明區(qū)內(nèi)各站位沉積物中Pb含量相差較大；As元素變異系數(shù)最小，為6.60%，說明區(qū)內(nèi)各站位沉積物中As元素的含量變化幅度較小。

為進一步分析劉公島周邊海域表層沉積物與我國淺海陸源碎屑物的相關(guān)性，本次通過富集系數(shù)K的大小來比較元素的豐度，其中，K=0.75～1.00或1.00～1.50為接近，K＜0.75為貧化，K＞1.50為富集［23-24］。由表5可知，As、Cr、Ni、Co四種重金屬元素的富集系數(shù)K介于1.00～1.50之間，其豐度與我國淺海沉積物豐度相近，說明其來源受我國淺海陸源碎屑物影響。Hg、Cd、Cu、Pb、Zn五種重金屬元素富集系數(shù)大于1.50，說明表層沉積物重金屬發(fā)生一定程度富集。

2.1.2 重金屬相關(guān)性分析

為更好分析評估表層沉積物中重金屬元素的來源及元素間的相關(guān)性，本次采用Pearson相關(guān)性分析［25-26］，一般認為相關(guān)系數(shù)0.8＜|r|＜1.0為極顯著相關(guān)，0.6＜|r|＜0.8為強相關(guān)，0.4＜|r|＜0.6為中等相關(guān)，0.2＜|r|＜0.4為弱相關(guān)，0＜|r|＜0.2為無相關(guān)性。

從表6可知：Co、Ni、Cr為鐵族元素，具有較好的親鐵性、親硫性［27］。與Cu、Zn為極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達0.9以上；與Cd為強相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達0.7以上；與As、Hg、Pb為弱相關(guān)或無相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均小于0.2。

Pb為親銅元素，具有較好的親硫性［28］。研究發(fā)現(xiàn)元素間相關(guān)系數(shù)均小于0.2，無相關(guān)性，且Pb含量明顯高于中國淺海沉積物含量，而高值區(qū)位于劉公島碼頭附近，推測其可能受周邊航道以及人工養(yǎng)殖區(qū)人類工程活動影響。As、Hg元素，與海洋自身沉積以及區(qū)域背景有關(guān)［28］，與其他元素呈弱相關(guān)或無相關(guān)性。

2.2 表層沉積物重金屬污染評價

2.2.1 單因子污染評價法

單因子評價結(jié)果顯示：劉公島周邊海域表層沉積物中Hg、Cd、Zn、As元素含量均符合國家第一類質(zhì)量標(biāo)準；80%站位中Cr的含量為國家第二類質(zhì)量標(biāo)準，31%站位中Cu的含量為國家第二類質(zhì)量標(biāo)準，6%站位中Pb的含量為國家第二類質(zhì)量標(biāo)準（圖2）。

總體來說，劉公島周邊海域表層沉積物質(zhì)量較好，符合第一類質(zhì)量標(biāo)準的面積為14.59km2，占研究區(qū)海域總面積的55%；符合第二類質(zhì)量標(biāo)準的面積為12.05km2，占研究區(qū)海域總面積的45%，其中影響因子主要為Cr和Cu，集中分布在劉公島西北部近岸海域以及東南部養(yǎng)殖區(qū)周邊海域；無第三類質(zhì)量標(biāo)準海域（圖3）。

2.2.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

16站位、9種重金屬元素的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)計算結(jié)果如圖4、表7所示。

區(qū)內(nèi)Hg的Eir值最大，為78.62～126.90，平均值為99.74，屬較高生態(tài)風(fēng)險；Cd的Eir值次之，為27.78～77.22，平均值為51.04，屬中等生態(tài)風(fēng)險，其余7種重金屬元素的Eir值均小于40，為低生態(tài)風(fēng)險。因此，區(qū)內(nèi)重金屬單項生態(tài)風(fēng)險指數(shù)由高至低順序為：Hg＞Cd＞As＞Cu＞Pb＞Co＞Ni＞Zn＞Cr，說明Hg潛在生態(tài)危害相對較大。16站位中，Hg有15站位樣品為較高生態(tài)風(fēng)險，占比約94%；

1站位樣品為中等生態(tài)風(fēng)險，占比約6%。Cd有14站位樣品為中等生態(tài)風(fēng)險，占比約87%；2站位樣品為低生態(tài)風(fēng)險，占比約13%。

雖Hg、Cg元素的潛在生態(tài)危害相對較大，但綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)不僅考慮了不同重金屬在沉積物中的轉(zhuǎn)化遷移規(guī)律，而且考慮了研究區(qū)沉積物對重金屬的敏感性，即反映了多種重金屬對沉積物的綜合效應(yīng)，通過分析計算，區(qū)內(nèi)綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)Ri值為173～230，平均值206，均介于150～300，為中等生態(tài)風(fēng)險，無高風(fēng)險區(qū)，說明劉公島周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好（圖5）。

1—榮成序列威海單元花崗質(zhì)片麻巖；2—通行航道；3—人工養(yǎng)殖區(qū)；4—中等生態(tài)風(fēng)險站位及編號綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)。圖5 綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)評價

3 結(jié)論

（1）重金屬含量特征：研究區(qū)表層沉積物中Hg、Cd、Cu、Pb、Zn含量高于我國淺海沉積物，發(fā)生一定程度富集；As、Cr、Ni、Co含量與我國淺海沉積物相當(dāng)，來源受我國淺海陸源碎屑物影響；重金屬元素整體呈西北高、東南低的分布態(tài)勢，即由近岸向遠岸含量逐漸遞減。

（2）重金屬污染情況：研究區(qū)表層沉積物整體質(zhì)量較好，第一類質(zhì)量標(biāo)準面積占比約55%，第二類質(zhì)量標(biāo)準占比約45%，主要影響因子為Cr和Cu，無第三類質(zhì)量標(biāo)準海域。

（3）潛在生態(tài)風(fēng)險情況：研究區(qū)表層沉積物重金屬單項生態(tài)風(fēng)險指數(shù)由高至低順序為Hg＞Cd＞As＞Cu＞Pb＞Co＞Ni＞Zn＞Cr，整體為中等生態(tài)風(fēng)險，無高風(fēng)險區(qū)。

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Distribution Characteristics and Potential Ecological Risk Assessment of Heavy Metals in the Sea Area around Liugongdao Island

YUAN Xingfang， YANG Mingshuang， LI Hengmeng， LIU Luyong， LI Fangzhou， YOU Jinyuan

（No.6 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources， Shandong Weihai 264209， China）

Abstract： Based on the monitoring data of sediment samples from 16 stations in the surrounding waters of Liugongdao island， by using the single factor pollution evaluation method and the potential ecological hazard index method， heavy metal quality of surface sediment in the surrounding waters of Liugongdao Island has been evaluated. It is showed that the contents of Hg， Cd， Cu， Pb and Zn in the surface sediments in the study area are higher than that in shallow sea sediments in China with a certain degree of enrichment.The overall distribution trend is high in the northwest and low in the southeast. The first type of quality standard area accounts for about 55%， the second type of quality standard area accounts for about 45%， and there is no third type of quality standard sea area. The overall area is a medium ecological risk area， and the ranking of individual ecological risk indices from high to low is Hggt;Cdgt;Asgt;Cugt;Pbgt;Cogt;Nigt;Zngt;Cr. Hg has a relatively high potential ecological hazard.

Key words：Surface sediment; heavy metals; distribution characteristics; risk assessment; Liugong Island