顾 佳,闫玉茹,平利姣

(有色金属华东地质勘查局地球化学勘查与海洋地质调查研究院,南京210007)

南通近海潮滩表层沉积物重金属含量特征与生态风险评价

顾 佳,闫玉茹,平利姣

(有色金属华东地质勘查局地球化学勘查与海洋地质调查研究院,南京210007)

基于南通近海(洋口港—吕四)潮滩特点布设潮滩断面并采集表层沉积物,根据样品汞、镉、铅、砷、铬等7种重金属元素含量测试结果,分析研究区沿海潮滩表层沉积物主要重金属元素含量特征,并与江苏其他滨岸地区潮滩沉积物的重金属含量进行对比,初步探讨2009—2012年南通沿海滩涂表层沉积物重金属含量变化与元素的相关性。采用潜在生态危害指数法评价南通近海潮滩表层沉积物中7种重金属元素的潜在生态危害系数及潜在生态风险。南通潮滩表层沉积物重金属含量分布均匀,且低于江苏省苏北其他地区沿海潮滩的沉积物含量。7种重金属元素的相关分析表明,Cu与Pb、Zn具有较好的相关性,Pb与Cd、Hg的相关性最差。潜在生态危害指数法评价表明,南通近岸潮滩表层沉积物7种重金属潜在生态危害系数均属低生态危害范畴,近岸海域(洋口港—吕四段)潮滩表层沉积物环境质量总体较好。

潮滩;表层沉积物;重金属;生态风险评价

近年来,随着沿海开发的兴起和海洋经济的发展,江苏沿海生态地质环境污染日益严重。重金属是具有潜在危害的污染物,与其他污染物不同,重金属可被微生物分解,能在生物体内富集,成为持久性污染物,并通过食物链危及人类健康[1]。潮滩地区作为海洋与陆地的过渡地带,其沉积物重金属含量能真实反映区域环境的质量状况,是识别和防范问题区域的重要标志[2]。潮滩地区在海陆交互作用的影响下,环境复杂多变,潮滩沉积物在水动力作用下易发生扰动,导致重金属元素被重新释放到环境中从而带来“二次污染”[3]。因此,研究潮滩地区沉积物重金属元素的分布对查明与解决近岸重金属污染问题具有重要意义。本文分析南通近岸海域潮滩沉积物中重金属含量、分布及富集特征,并评价其生态风险,为该地区海岸带一体化管理提供参考。

1 样品及测试方法

1.1 研究区概况

研究区为南通洋口港区—通州湾—吕四港区沿线潮滩区域,32°0′40.7″～32°37′3.4″N,121°14′38.8″～121°55′24.4″E,属北亚热带和暖温带季风气候。海岸带沉积物主要为粉砂淤泥,岸线蚀淤变化强烈,其中新开河港一带侵蚀速率为10 m/a,30年蚀退8 km2。新川港—小洋港一带为淤积海岸。

1.2 样品特征

2012年3月和2012年10月在南通沿海洋口港—吕四港分别布设6个采样断面(图1),每个断面分别采集高潮滩、中潮滩和低潮滩的表层沉积物样品,采样深度为0～20 cm。样品采集、预处理按照海洋监测规范(GB 17378.5—2007)执行。

图1 研究区及采样位置图Fig.1 Map of the study area and locations of collecting samples

1.3 测试方法

对表层沉积物的分析项目包括重金属元素汞、铜、铅、镉、铬、砷、锌。分析方法均参照行业标准,其中镉采用石墨炉原子吸收分光光度法(GB/ T17141-1997),检出限为0.04×10-6;铜、铅、锌、铬采用电感耦合等离子体发射光谱法(DZG20.04-2011.84.2.5),检出限依次为铜0.6×10-6、铅1× 10-6、锌6×10-6、铬2×10-6;砷采用原子荧光光谱法(DZG20.04-2011.84.2.23),检出限为0.06× 10-6;Hg采用冷原子荧光光谱(GB/T22105-2008),检出限为2×10-6。

2 测试结果

2.1 表层沉积物重金属含量整体分布特征

南通沿海潮滩表层沉积物类型较简单,主要为砂,其次为粉砂质砂、砂质粉砂、粉砂。采集的表层样品主要集中在潮间带下部至水深10 m等深线范围。滨岸潮上带至潮间带上部采样较少,已采集区域底质类型为粉砂、砂质粉砂。以通州湾外潮流沙脊腰沙、冷家沙为中心,向北、南、东方向砂质含量逐渐减小,粉砂质、粘土质含量逐渐增加。研究区潮流通道区域颗粒细化明显,以粉砂为主,沙脊区以砂为主。

南通沿海潮滩表层沉积物重金属7个元素的含量及变异系数见表1。由表1可知,两季南通沿海潮滩表层沉积物铜、铅、锌、砷、铬、镉和汞的变异系数为0.11～0.47,均＜0.5,分异性较小,说明潮滩表层沉积物的重金属元素分布均匀。

南通沿海地区与江苏省其他沿海潮滩地区重金属元素含量对比见表2。由表2可知,南通沿海潮滩表层沉积物重金属元素中铜、铅、锌、砷、铬、镉和汞的算术平均值均远小于江苏省苏北沿海潮滩沉积物,该区重金属含量较低。

潮间带沉积物中重金属主要来源为陆地径流、大气沉降和污水排放,而潮间带沉积物中重金属累积受水动力条件、沉积环境及生物作用等影响[4]。该区沿海潮滩主要以粉砂为主,根据现场跑滩调查,该区源头未发现较大的工矿企业,结合该区相对较低的重金属含量,说明研究区暂未受明显的重金属污染。

表1 南通沿海表层沉积物重金属元素含量(×10-6)参数统计Table1 Statistical parameters of heavy metal element contents(× 10-6)of surface sediments in the coastal area of Nantong

2.2 表层沉积物重金属含量空间分布特征

潮滩一般分为高潮滩、中潮滩和低潮滩。研究表明[6-7],大部分潮滩沉积物中的重金属含量呈带状分布。在垂直岸线上,从高潮滩到低潮滩,重金属含量明显减少,反映了潮滩水动力作用对重金属空间分布的控制[8]。

南通沿海不同潮滩表层沉积物重金属含量见表3。可知,该区潮滩沉积物重金属含量与所处的潮滩部位密切相关。高潮滩各重金属元素含量高于中潮滩和低潮滩的重金属元素含量,中潮滩和低潮滩各重金属元素含量接近,无明显差异,尤其是Cu、Pb、Zn和Cr在高潮滩明显富集。

2.3 表层沉积物重金属含量变化特征

将2012年南通近岸海域段(洋口港—吕四)潮滩表层沉积物环境指标含量均值与2009～2011年该区潮滩表层沉积物环境指标含量均值比较(图2),其中2009～2011年数据参考《2010年南通市海洋环境质量公报》和《2011年南通市海洋环境质量公报》[9]。

由图2可知,2009～2012年,南通近岸海域段(洋口港—吕四)潮滩表层沉积物环境质量状况总体较好,监测结果全部符合GB18668—2002《海洋沉积物质量》一类标准。2012年滩涂表层沉积物铅、镉含量较前几年略上升。

表2 南通沿海地区与其他滨岸地区沉积物重金属含量(×10-6)对比[5]Table2 Comparison of heavy metal contents(×10-6)between surface sediments in the Nantong coastal zone and other coastal areas

表3 南通沿海不同潮滩表层沉积物重金属含量(×10-6)Table3 Heavy metals(×10-6)of surface sediments at different tidal flats of the Nantong coastal zone

图2 2009～2012年南通潮滩表层沉积物Cu、Pb、Cd、Hg、As含量变化Fig.2 Changes of Cu,Pb,Cd,Hg and As contents in the surface sediments in the Nantong tidal flat from 2009 to 2012

3 表层沉积物重金属元素相关性分析

对研究区36个样品的7种重金属元素进行相关性分析,相关系数见表3。Cu与Pb、Zn具有较好的相关性,相关系数均＞0.8。前人研究[10]发现,当沉积物来源相同或相似时,其重金属元素之间具有明显的相关性,说明Cu、Pb、Zn具有相似的物源或沉积过程。Cr与其他重金属元素的相关性一般,相关系数为0.44～0.66。As与其他重金属元素的相关系数为0.31～0.58。Pb与Cd、Hg的相关性最差,表现为负相关,且相关系数绝对值仅为0.02和0.07,证明这三种元素的来源无相关性。

4 重金属生态风险评价

4.1 评价方法

评估沉积物重金属的污染状况,目前还没有统一标准。本文采用瑞典学者Hakanson 1980年建立的潜在生态危害指数法[11],各参数毒性系数及背景值见表4。

表3 研究区表层沉积物重金属元素相关系数Table3 Correlation coefficients of heavy metals in surface sediments of the study area

表4 研究区沉积物中各重金属毒性系数及背景值Table4 Toxicity coefficients and background values of heavy metals in the sediment of the study area

式中ERI为多种重金属潜在生态风险指数; Cni为重金属背景值;Tri为重金属毒性系数;Eri为沉积物中第i种重金属潜在生态危害系数。

依据单个重金属潜在生态危害系数(Eri)将沉积物中重金属污染状况划分为5个等级,多种重金属潜在生态风险指数(ERI)划分为4个等级(表5)。

4.2 评价结果

采用潜在生态危害指数法计算的南通近海潮滩表层沉积物中7种重金属元素的潜在生态危害系数和生态风险指数见表6。

表5 研究区重金属潜在生态危害系数污染程度等级表Table5 Pollution grades of potential ecological hazard coefficients of heavy metals in the study area

表6 表层沉积物重金属的潜在生态危害系数及生态风险指数表Table6 Potential ecological hazard coefficients and ecological risk index of heavy metals in the surface sediments

由表6可知,以单个污染因子的潜在生态危害系数评价,南通近岸海域潮间带表层沉积物污染因子(Cu、Pb、Zn、As、Cd、Hg)的潜在生态危害系数(Eri)均远＜40,表明潮间带沉积环境中污染因子的潜在生态危害轻微,属低生态危害范畴,其生态危害程度依次为As＞Cd＞Hg＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn。

以多种污染因子的潜在生态风险指数评价,潮间带表层沉积物中污染因子的潜在生态危害系数(ERI)均远＜150,属低潜在生态风险程度。

5 结 论

(1)南通近海潮滩表层沉积物砷、铜、镉、铅、锌和汞含量均符合一类海洋沉积物质量标准,总铬除个别点位达二类标准外,其他均符合一类标准。潮间带表层沉积物质量总体较好。

(2)2009～2012年,南通近岸海域段(洋口港—吕四)潮滩表层沉积物环境质量总体较好,2012年滩涂表层沉积物铅、镉含量较前几年略有上升。

(3)高潮滩各元素含重金属含量高于中潮滩和低潮滩,中潮滩和低潮滩各重金属元素的含量接近,无明显差异,特别是Cu、Pb、Zn和Cr在高潮滩明显富集。

(4)南通近岸潮滩表层沉积物铜、铅、锌、砷、镉、汞的潜在生态危害系数(Eri)均远＜40,属低生态危害范畴,生态危害程度依次为As＞Cd＞Hg＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn。

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Characteristics and ecological risk assessment of heavy metals in tidal flat surface sediments of the Nantong coastal zone

GU Jia,YAN Yu-ru,PING Li-jiao
(Institute of Geochemical Exploration and Marine Geological Survey, East China Mineral Exploration and Development Bureau for Non-ferrous Metals,Nanjing 210007,China)

Based on the characteristics of the tidal flat distribution and surface sediments of the Nantong coastal area(from Yangkou Port to Lusi coast),seven kinds of heavy metals such as mercury, cadmium,lead,arsenic,chromium,etc,were analyzed.This study analyzed the characteristic of heavy metal concentration of the sediments in this area,compared with that in other tidal flat sediments of other coastal areas of Jiangsu,and finally discussed changes of heavy metal concentrations in the surface sediments in the Nantong coastal area from 2009 to 2012 and their relationship to the elements.Potential ecological risk factors and potential ecological risk of 7 heavy metal elements in the surface sediments of the tidal flat in Nantong coastal area were preliminarily evaluated using the potential ecological risk index method.The results show that the heavy metal elements in the surface sediments of the tidal flat in Nantong are evenly distributed,and the contents of heavy metals are lower than that in other coastal tidal flat sediments in Jiangsu Province.Correlation analysis of seven kinds of heavy metal elements shows that Cu has a good correlation with Pb and Zn,and Pb has worst correlation with Cd and Hg.Risk assessment using potential ecological risk index method shows that the potential ecological risk factors triggered by seven kinds of heavy metals in the surface sediments of coastal tidal flat in Nantong belongs to low ecological risk categories,suggesting that the environmental quality of the surface sediments in the tidal flat of the coastal area(from Yangkou Port to Lusi coast)is generally good.

tidal flat;surface sediments;heavy metals;ecological risk assessment

X142

A

2096-1871(2017)02-155-06

10.16788/j.hddz.32-1865/P.2017.02.010

2016-08-30

2016-12-05 责任编辑:谭桂丽

江苏省地质勘查基金项目“南通沿海地区地质调查评价(项目编号:苏国土资勘函(2012)1号)”资助。

顾佳,1984年生,女,工程师,从事环境地球化学研究。