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1、舟山港沉积物重金属污染及潜在生态风险空间分布评价* 摘要：为了解舟山港区沉积物中重金属的污染特征，对舟山港区35个表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As和Cr 7种重金属含量进行测定，并采用污染评价法、潜在生态危害指数法和空间分析进行污染和风险分析。结果表明：表层沉积物中重金属的平均含量均低于国家海洋沉积物质量一类标准；舟山港区表层沉积物重金属污染现状总体为低污染水平，污染程度由大到小依次为AsCu、PbZnHgCdCr；20%的站位的重金属综合污染指数大于8，达到了中等污染水平，主要分布于小干岛和鲁家峙西南侧航道区、东蟹峙南侧和朱家尖岛西侧；舟山港区表层沉积物重金属的潜在生态危害水平
2、较低，重金属的潜在生态危害系数由大到小的顺序为Hg、Cd、As、Pb、Cu、Cr、Zn，潜在生态风险指数高值区出现在舟山港区东南部的朱家尖岛西侧海域，主要受Hg的高潜在危害水平的影响。重金属污染的主要来源可能与附近船厂、排污口、海洋倾倒区和海产加工厂排放污废水和废弃物有关。 关键字：表层沉积物；重金属；潜在生态风险评价；空间分析；舟山港 沉积物是海洋环境的重要组成部分，沉积物不仅为海洋生物提供栖息地和营养，同时也是各类污染物重要的载体与源。进入水体的重金属，经过生物地球化学循环，绝大部分最终集聚在沉积物中，成为水环境污染的指示剂（王伟力 等，2009）；当环境受到外界压力发生改变时，沉积物中的
3、污染物可能重新释放出来产生潜在的生态风险，沉积物污染通过地球生物化学的循环过程对水生态系统和人类构成潜在的威胁（Adams W J et al,1992）。重金属是近海水环境中主要的污染物之一（SIN S N et al，2001）；近海沉积物重金属含量水平能够真实地反映一个地区的环境质量现状（张丽洁 等，2003）；与水相相比，沉积物具有更大的相对稳定性，用分析沉积物样品中重金属浓度的方法来评价重金属污染程度及其生态危害有更高的准确性和可靠性（SANTOS I R et al，2005）；测定和分析表层沉积物中重金属分布特征，更能反映海域环境质量状况的变化过程（蔡丽萍 等，2012）。研究沉
4、积物重金属的污染现状和潜在生态风险水平的分布，确定主要的污染物及其来源，可以为海洋环境重金属污染的治理提供科学依据（朱程 等，2010）。 舟山港地处中国东部黄金海岸线与长江黄金水道的交汇处，港域环境质量受多种因素的影响，呈现出动态变化的特点。本文通过运用GIS空间分析、单因子污染系数法和潜在生态风险指数法相结合方法对舟山港区表层沉积物重金属进行定量化评价，旨在了解研究区的沉积物重金属污染现状与空间分布情况，并对重金属的污染进行溯源分析，以期为舟山港区海域环境的生态保护、污染源控制和信息化治理提供科学依据。 1.材料与方法 1.1采样及分析 2012年12月在舟山岛中南部海域（定海港至朱家尖岛
5、）布设35个站位（见图1）。采用抓斗式采样器采集表层样品35个，同步记录水深和水温。沉积物中重金属（Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr）测定方法参照海洋监测规范（GB17378-2007）中沉积物分析规定的方法，委托浙江省海洋水产研究所（海洋渔业环境监测站）完成 图1 研究区域及采样点位置 1.2评价方法 1.2.1沉积物重金属污染程度 采用单因子污染系数 = （ 为污染物的实测浓度， 为污染物的评价标准。）来反映单种沉积物重金属的污染程度（丁喜桂 等，2005）； 1为低污染，1 3为中等污染，3 6为重污染， 6为严重污染。重金属的综合污染程度采用综合污染指数 （各单因子污染系数之和
6、）来反映沉积物重金属的污染程度； 8为低污染，8 16为中等污染，16 32为重污染， 32为严重污染（陈旭阳 等，2012）。评价标准的选定无统一标准，一般结合区域的研究现状选取，因此选取浙东地区滨海相土壤的地球化学基准值作为评价标准（汪庆华 等，2007），Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr的背景值分别为28.39、26.42、92.35、0.111、0.041、8.54、92.27mg/kg。 1.2.2潜在生态风险评价 根据潜在生态风险指数法（Hankanson L，1980）对选取的7种重金属元素的生态风险进行评价,潜在生态风险指数法是运用沉积学原理来评价沉积物重金属污染及潜在
7、生态风险的方法，目前已广泛应用于沉积物质量评价中。沉积物中多种重金属的潜在生态风险指数 (ecological risk index)等于所有重金属潜在生态危害系数的总和,计算公式如下: (1) 式中： 为金属 的潜在生态危害系数； 为重金属毒性响应系数(toxic response coefficient),反映单个重金属的毒性水平及生物对重金属污染物的敏感程度；重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr的毒性响应系数分别为5、5、1、30、40、10、2（Hankanson L，1980）975-1001； 为重金属 的污染系数。重金属潜在生态风险评价等级见表1。 1.2.3空间分析
8、运用ArcGIS10.1的空间分析功能，根据沉积物重金属的污染程度和潜在生态风险评价等级对评价结果进行分级处理，得出沉积物重金属污染程度和潜在生态风险水平的等级空间分布图，用以进行污染源的溯源分析和更好的指示区域内沉积物重金属的污染现状。 表1 评价指标与潜在生态风险程度的关系 单因子污染物 生态风险程度 总的潜在生 态风险程度 40 4080 80160 160320 320 低 中等 较重 重 严重 150 150300 300600 600 低 中等 重 严重 2.结果与讨论 2.1重金属的含量 表2为舟山港区表层沉积物中重金属的统计结果。由表2可知，研究区域表层沉积物重金属含量总体水平
9、较低，均值均小于国家海洋沉积物质量一类标准；最高值除Cu、Pb之外，其他均低于国家海洋沉积物质量一类标准，且Cu、Pb的含量也不超过国家海洋沉积物质量二类标准（GB18668-2002）。 由表2可知，Pb和Hg的空间分布差异较大，变异系数最大，分别为70.09%和33.17%，表明这2种元素可能具有点状的输入途径。其他重金属元素的变异系数较小，表明其来源和分布均较一致。 表3为舟山港区表层沉积物重金属含量、平均值与国内外港口、海湾相比较，对比结果表明舟山港区表层沉积物重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr的平均含量都处于比较低的水平，因此，舟山港区表层沉积物重金属的污染程度相对较轻。
10、 表2 舟山港区表层沉积物重金属含量统计 mgkg-1 项目 Cu Pb Zn Cd Hg As Cr 范围 1945 4.888 52122 0.0460.18 0.0140.091 7.418 5076 平均值 30.63 28.55 98.37 0.094 0.041 11.7 61.17 中值 30 22 100 0.099 0.043 11 60 标准偏差 5.22 20.01 13.02 0.027 0.0136 2.51 5.76 变异系数 17.04% 70.09% 13.24% 28.72% 33.17% 21.45% 9.42% 沉积物/类质量标准 35/100 60/13
11、0 150/350 0.50/1.50 0.20/0.50 20/65 80/150 表3 舟山港区表层沉积物重金属含量与国内外典型海域比较 mgkg-1 海区 Cu Pb Zn Cd Hg As Cr 舟山港区 1945 4.888 52122 0.0460.18 0.0140.091 7.418 5076 (30.63) (28.55) (98.37) (0.094) (0.041) (11.7) (61.17) 莱州湾（罗先香 等，2010） 0.1147.24 3.1834.22 29.6081.50 0.040.29 0.020.38 3.2422.51 (14.97) (11.70
12、) (50.80) (0.11) (0.09) (9.20) 锦州湾（张玉凤 等，2008） 9.31227.3 21.81828.3 89.213933.4 4.8909.5 20.4819.9 (416.9) (753.2) (6419.0) (248.1) (396.5) 深圳湾（左平 等，2009） 7.96101.63 11.8063.24 355.75565.50 1.196.58 (68.94) (38.40) (489.08) (4.61) 泉州湾（Yu et al,2008） 24.8119.7 34.3100.9 105.5241.9 0.280.89 0.170.74 1
13、7.730.2 (71.4) (67.7) (179.6) (0.59) (0.40) (21.7) Hong Kong coasts(Zhou et al,2007) 14000 (118.68) 9260 (53.56) 17790 (147.73) 0.15.3 (0.33) 0.058 (0.19) Thermailkos Gulf,Greece(CHRISTOPHORIDIS et al,2009) 0.85.5 (3.2) 12.324.4 (17.5) 16.575.9 (40.0) 2.2沉积物重金属污染程度评价 表4为舟山港区表层沉积物重金属污染程度评价结果，图2为对评价结果
14、进行空间分析后形成的区域内各重金属元素的污染程度和综合污染程度的空间分布图。从整个舟山港区范围来看，Cr的污染系数范围为0.54-0.82，表明区域内未受到Cr的污染；Cd的污染系数均值小于1，其中有6个站位的污染系数大于1，总体上区域受Cd的污染属于低污染水平；Cu、Pb、Zn、Hg、As的污染系数均值大于1，表明研究区受到这5种重金属的中等污染；各重金属的污染程度由高到低依次为AsCu、PbZnHgCdCr。从空间分布来看，位于东蟹峙南侧和鲁家峙西侧的2个站位的Pb污染系数大于3，属于重污染水平；Cu、Zn、Hg、As在绝大部分站位的污染系数大于1，属于中等污染水平。 从综合污染指数的评价结果来看，其中有7个站位达到中等污染水平，占总站位的20%，从站位的空间分布来看，主要是位于小干岛南侧和鲁家峙西南侧航道区、东蟹峙南侧、朱家尖岛西侧；其他站位的综合污染指数均小于8，因此，舟山港区表层沉积物重金属污染现状总体为低污染水平。 表4 沉积物中重金属污染单因子评价结果 项 单因子污染系数 综合污染 目 Cu Pb Zn Cd Hg As Cr 指数 范围 平均值 0.67-1.59
