2015年胶州湾主要入海河流及潮间带表层沉积物微量元素数据集

2022-10-08赵永芳田旭叶友权徐方建

中国科学数据(中英文网络版) 2022年3期

关键词：微量元素沉积物河流

赵永芳，田旭，叶友权，徐方建

1.中国科学院海洋研究所，山东胶州湾海洋生态系统国家野外科学观测研究站，山东青岛 266071

2.青岛海洋科学与技术国家实验室，海洋生态与环境科学功能实验室，山东青岛266237

3.中国科学院海洋大科学研究中心，山东青岛 266071

4.青岛海上综合试验场有限公司，山东青岛 266200

5.福建省海洋地震观测中心，福建厦门 361021

6.海南大学海洋学院，海口 570228

引言

微量元素在海洋生态系统中的生物过程、物质循环中具有多样的功能，河流沉积物是其进入水环境的重要介质之一。其中的重金属元素可能对生物产生毒性并破坏生态系统，还可以通过食物链中的富集和运输影响人们的健康[1-2]。沉积物作为重金属重要的“汇”和海水二次污染的“源”，在重金属运储和过程研究中发挥着重要作用。

胶州湾位于山东半岛南侧的黄海之滨，被誉为青岛市的“母亲湾”，面积约370 km2，平均水深约7 m，是一个典型的温带半封闭海域[3]。环湾入海的季节性河流有新安河、道尔河、草文河、洋河、王家滩河、大沽河、洪江、磨水河、白沙河、娄山河、李村河、海泊河等10余条，这些河流的流域也是青岛市重要的工业、农业、水产养殖业等经济快速发展的地区[3]。

目前已有部分陆地生态系统中土壤微量元素数据集[4-6]和湖泊洲滩土壤元素含量数据集发布[7]，未见海湾潮间带及入海河流流域的微量元素数据集发表。本数据集包含环胶州湾入海12条河流和环湾潮间带76个站点表层沉积物8种微量元素浓度数据，计算出微量元素污染和生态效应的评估参数并对所有的参数进行空间绘图，满足分析和展示的需要。本数据集可以服务于微量元素分布与输运、污染评价、生态安全评估等科学研究，也能为海岸和河流管理、相关环境保护政策的制定和实施提供基础数据。

1 数据采集和处理方法

1.1 样品采集与预处理

2015年在环胶州湾河流和潮间带采集表层沉积物样品76个，其中47个采集自12条入海河流表层沉积物，29个采集自环胶州湾潮间带表层沉积物。入湾12条小型季节性河流分别为新安河（XA）、道尔河（DE）、草文河（CW）、洋河（YH）、王家滩河（WJT）、大沽河（DG）、洪江（HJ）、磨水河（MS）、白沙河（BS）、娄山河（LS）、李村河（LC）和海泊河（HP），采样点沿河流均匀布设（图1）。样品采集时使用手持式全球定位系统（GPS）定位，使用塑料勺采集表面沉积物样品（顶部2 cm），密封在干净的聚乙烯袋中。

1.2 样品分析

沉积物样品在60°C下烘干，加入过量的1mol L-1HCl在60°C的水浴消解1小时，以去除碳酸钙[8]。用蒸馏水将样品离心（3500 rpm，6 min）清洗3次，去掉上清液在60°C烘干后，使用玛瑙研钵和杵研磨成粉末。进行微量元素（Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Co、Ni和As）和用于参数计算所需铝元素（Al）浓度测试。样品的检测过程使用购自美国地质调查局（USGS）的BHVO-2和中国标准物质（GBW07315和GBW07316）进行质量控制。

图1 表层沉积物采样站位图Figure 1 Sampling sites for surface sediments

1.3 参数计算方法

（1）地质累积指数（Igeo）：本参数由德国学者Müller[9]提出并被广泛应用，计算公式如下：

Cn: 元素n在沉积物中的浓度；

Bn: 元素n的地球化学背景值；

K：为常数，一般取1.5。

（2）富集因子（EF）：用于评估人类活动对微量元素的贡献[10]，计算公式如下：

(CM/Al)sample：样品中元素M和元素Al的浓度比例；

（3）污染因子（CF）：由瑞典学者Håkanson提出，是评价沉积物污染程度和水域潜在生态风险的参数[11]，能反应单个元素的污染水平。

Csample：样品中元素浓度；

Cbackground：元素的地球化学背景值。

（4）污染负荷指数（PLI）：是Tomlinson等人在重金属污染水平分级相关研究中提出的一种污染评价方法，能表达各重金属对污染的贡献程度以及重金属时空变化趋势[12]，其计算公式为：

CFn：元素n的生态风险指数。

参数计算的地球化学背景值均选择中国东部地壳元素浓度[13]。

2 数据样本描述

本数据集为Excel表格型数据和zip图形压缩文件。表格型数据文件包含2个数据表：“沉积物微量元素浓度”表存放微量元素浓度数据，包含砷(As)、铬(Cr)、锌(Zn)、铜(Cu)、镉(Cd)、钴(Co)、铅(Pb)和镍(Ni)8个要素 76条数据；“参数”表存放计算获取的微量元素污染和生态效应的评估参数，包括重点关注的6个要素的地质累积指数(Igeo)、富集因子(EF)、污染因子(CF)以及综合污染负荷指数(PLI)。数据表单所包含的具体字段名称、类型和示例见表1-2。

表1 沉积物微量元素浓度表结构Table 1 Structure table of sediment trace element concentration

表2 参数表结构Table 2 Structure table of pollution indices

序号字段名称数据类型样例数据7 IgeoCr 数值型 -1.04 8 IgeoCd 数值型 -0.53 9 IgeoAs 数值型 -0.42 10 EFCu 数值型 0.50 11 EFPb 数值型 0.79 12 EFZn 数值型 0.70 13 EFCr 数值型 0.76 14 EFCd 数值型 1.08 15 EFAs 数值型 1.17 16 CFCu 数值型 0.48 17 CFPb 数值型 0.75 18 CFZn 数值型 0.67 19 CFCr 数值型 0.73 20 CFCd 数值型 1.04 21 CFAs 数值型 1.12 22 PLI 数值型 0.77

zip图形压缩文件绘制要素浓度及参数空间分布图形30张，图形命名规律为“要素名.jpg”，图形分辨率600dpi，可以满足出版和各类显示需求，示例如图2。