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  • ISSN 1007-6336
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桑沟湾沉积物中重金属的污染特征及潜在生态风险评价

王旭茹 隋琪 赵信国 夏斌 陈碧鹃 曲克明

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桑沟湾沉积物中重金属的污染特征及潜在生态风险评价

    作者简介: 王旭茹(1994-),女,河南洛阳人,硕士研究生,主要从事近海污染物生态风险相关研究,E-mail:17854221827@163.com;
    通讯作者: 夏 斌,研究员,E-mail:xiabin@ysfri.ac.cn
  • 基金项目: 国家重点研发计划“蓝色粮仓科技创新”重点专项(2018YFD0900703);中国水产科学研究院基本科研业务费项目(2020TD12)
  • 中图分类号: X132;X820.4

Distribution characteristics and potential risk assessment of heavy metals in sediments from Sanggou bay, China

  • 摘要: 为了研究桑沟湾表层沉积物中重金属的污染特征及潜在生态风险,本文分析了该区域2019年夏季、秋季和冬季21个站位表层沉积物中重金属(Cu、Zn、Pb)的含量和分布特征,并采用Hankanson潜在生态危害指数法对桑沟湾不同季节表层沉积物中重金属的生态风险进行评估。结果表明,三个季节桑沟湾表层沉积物中Cu、Pb、Zn的含量均符合沉积物质量一类标准。根据平均污染系数判断,三个季节该区域表层沉积物中Cu、Pb、Zn的污染程度相似,从高到低依次为Zn、Pb、Cu。同时,不同季节三种重金属的区域分布也存在一定的差异,这可能是由多种环境因素共同导致的,且该区域表层沉积物中这三种重金属的主要来源可能是陆源输入。潜在的生态风险评价结果表明,该区域整体处于轻微生态风险等级,三种重金属对桑沟湾养殖区潜在生态危害的贡献为Pb>Cu>Zn,其中,Pb为首要的潜在生态风险因子。
  • 图 1  桑沟湾表层沉积物采样站位

    Figure 1.  Sampling locations in surface sediments of Sanggou bay

    图 2  2019年夏季、秋季和冬季桑沟湾表层沉积物重金属含量水平分布

    Figure 2.  Horizontal distribution of heavy metals in surface sediments of Sanggou bay from July to December 2019

    表 1  2019年夏季、秋季和冬季桑沟湾表层沉积物中重金属的含量和污染系数

    Table 1.  Contents and accumulating coefficients of heavy metal in surface sediments of Sanggou bay from July to December 2019

    时间区域CuZnPb
    含量/mg·kg−1污染系数含量/mg·kg−1污染系数含量/mg·kg−1污染系数
    夏季外海10.59(9.52~11.66)0.35(0.32~0.39)78.42(73.45~83.40)0.98(0.92~1.04)11.69(9.93~13.45)0.47(0.40~0.54)
    藻类12.79(8.18~21.69)0.43(0.27~0.72)82.03(73.97~91.99)1.03(0.93~1.15)13.03(10.09~17.48)0.52(0.40~0.70)
    贝藻10.63(9.81~12.25)0.35(0.33~0.41)80.71(77.96~84.30)1.01(0.97~1.05)12.23(11.13~13.93)0.49(0.45~0.56)
    贝类12.78(9.29~16.09)0.43(0.31~0.54)84.14(76.65~93.92)1.05(0.96~1.17)14.71(10.86~18.86)0.59(0.43~0.75)
    鱼贝19.38(18.34~20.42)0.65(0.61~0.68)83.23(74.07~92.40)1.04(0.93~1.16)15.13(11.29~18.98)0.61(0.45~0.76)
    交错带
    均值12.91±4.190.43±0.1482.25±6.961.03±0.0913.54±3.250.54±0.13
    秋季外海13.33(11.52~16.70)0.44(0.38~0.56)66.92(49.52~83.84)0.84(0.62~1.05)22.36(20.62~25.39)0.89(0.82~1.02)
    藻类15.00(12.00~18.93)0.50(0.40~0.63)68.38(58.23~89.27)0.85(0.73~1.12)21.09(7.79~41.13)0.84(0.31~1.65)
    贝藻12.93(12.72~12.86)0.43(0.42~0.44)58.26(50.38~69.58)0.73(0.63~0.87)14.67(7.27~28.25)0.59(0.29~1.13)
    贝类13.05(10.33~17.18)0.44(0.34~0.57)63.61(55.38~72.42)0.80(0.62~0.91)16.15(2.92~27.46)0.65(0.12~1.10)
    鱼贝11.75(10.45~13.05)0.39(0.35~0.44)54.78(53.65~55.19)0.68(0.67~0.70)18.40(17.74~19.05)0.74(0.71~0.76)
    交错带12.000.4083.361.0417.220.69
    均值13.37±2.650.45±0.0964.56±11.170.81±0.1418.27±8.960.73±0.36
    冬季外海18.29(12.50~24.67)0.61(0.42~0.82)62.62(57.18~70.20)0.78(0.72~0.88)14.37(12.26~18.04)0.57(0.49~0.72)
    藻类14.05(11.48~18.76)0.47(0.38~0.63)75.15(59.69~122.0)0.94(0.75~1.53)14.72(11.44~21.78)0.59(0.46~0.87)
    贝藻14.08(10.86~19.44)0.47(0.36~0.65)78.86(55.30~93.43)0.99(0.69~1.17)16.57(12.58~22.69)0.66(0.50~0.91)
    贝类15.01(6.43~26.21)0.50(0.21~0.87)59.36(41.82~72.21)0.74(0.52~0.90)11.97(4.93~19.73)0.48(0.20~0.79)
    鱼贝22.27(16.67~27.87)0.74(0.56~0.93)69.16(65.72~72.60)0.86(0.82~0.91)18.30(10.32~26.29)0.73(0.41~1.50)
    交错带
    均值15.85±6.070.53±0.2067.70±17.670.85±0.2214.34±5.770.57±0.23
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    表 2  2019年夏季、秋季和冬季桑沟湾表层沉积物中重金属元素的潜在生态危害系数($E_r^i $)和危害指数(RI

    Table 2.  Potential ecological risk coefficients ($E_r^i $) and risk indices (RI) of heavy metal elements in surface sediments of Sanggou bay from July to December 2019

    时间区域$E_r^i $RI
    CuZnPb
    夏季外海1.77(1.59~1.94)0.98(0.92~1.04)2.34(1.99~2.69)5.08(4.49~5.68)
    藻类2.13(1.36~3.62)1.03(0.93~1.15)2.61(2.02~3.50)5.76(4.31~8.26)
    贝藻1.77(1.64~2.04)1.01(0.97~1.05)2.45(2.23~2.79)5.23(4.84~5.88)
    贝类2.13(1.55~2.68)1.05(0.96~1.17)2.94(2.17~3.77)6.12(4.68~7.63)
    鱼贝3.23(3.06~3.40)1.04(0.93~1.16)3.03(2.26~3.80)7.30(6.59~8.01)
    交错带
    均值2.151.032.715.89
    秋季外海2.22(1.92~2.78)0.84(0.62~1.05)4.47(4.13~5.08)7.53(7.22~7.62)
    藻类2.50(2.00~3.16)0.85(0.73~1.12)4.22(1.56~8.23)7.57(4.27~11.26)
    贝藻2.16(2.12~2.20)0.73(0.63~0.87)2.93(1.45~5.65)5.82(4.20~8.55)
    贝类2.18(1.57~2.86)0.80(0.69~0.91)3.23(0.59~5.49)6.20(3.04~9.26)
    鱼贝1.96(1.74~2.18)0.68(0.67~0.70)3.68(3.55~3.81)6.32(6.25~6.40)
    交错带2.001.043.446.49
    均值2.230.813.656.69
    冬季外海3.05(2.08~2.95)0.78(0.72~0.88)2.87(2.45~3.61)6.71(5.29~7.45)
    藻类2.34(1.91~3.13)0.94(0.75~1.53)2.94(2.29~4.36)6.23(5.14~7.85)
    贝藻2.35(1.81~3.24)0.99(0.69~1.17)3.31(2.52~4.54)6.65(5.42~8.95)
    贝类2.50(1.07~4.37)0.74(0.52~0.90)2.39(0.99~3.94)5.64(2.72~9.15)
    鱼贝3.71(2.78~4.65)0.86(0.82~0.91)3.66(2.06~5.26)8.24(5.66~10.81)
    交错带
    均值2.640.852.876.36
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-29
  • 录用日期:  2021-05-21
  • 刊出日期:  2022-06-20

桑沟湾沉积物中重金属的污染特征及潜在生态风险评价

    作者简介:王旭茹(1994-),女,河南洛阳人,硕士研究生,主要从事近海污染物生态风险相关研究,E-mail:17854221827@163.com
    通讯作者: 夏 斌,研究员,E-mail:xiabin@ysfri.ac.cn
  • 1. 上海海洋大学 海洋科学学院,上海 201306
  • 2. 中国水产科学研究院黄海水产研究所,山东 青岛 266071
  • 3. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室,山东 青岛 266237
基金项目: 国家重点研发计划“蓝色粮仓科技创新”重点专项(2018YFD0900703);中国水产科学研究院基本科研业务费项目(2020TD12)

摘要: 为了研究桑沟湾表层沉积物中重金属的污染特征及潜在生态风险,本文分析了该区域2019年夏季、秋季和冬季21个站位表层沉积物中重金属(Cu、Zn、Pb)的含量和分布特征,并采用Hankanson潜在生态危害指数法对桑沟湾不同季节表层沉积物中重金属的生态风险进行评估。结果表明,三个季节桑沟湾表层沉积物中Cu、Pb、Zn的含量均符合沉积物质量一类标准。根据平均污染系数判断,三个季节该区域表层沉积物中Cu、Pb、Zn的污染程度相似,从高到低依次为Zn、Pb、Cu。同时,不同季节三种重金属的区域分布也存在一定的差异,这可能是由多种环境因素共同导致的,且该区域表层沉积物中这三种重金属的主要来源可能是陆源输入。潜在的生态风险评价结果表明,该区域整体处于轻微生态风险等级,三种重金属对桑沟湾养殖区潜在生态危害的贡献为Pb>Cu>Zn,其中,Pb为首要的潜在生态风险因子。

English Abstract

  • 自然界中的大部分重金属是不可降解的有毒物质,也因其高毒性、持久性和生物富集性等特点而被列入海洋环境污染评价中。目前,海洋中常见的重金属污染物主要包括铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)和砷(As)六种,其中,Cu、Zn、Pb的污染最广,超过90%的水体和沉积物的重金属风险评价中均涉及这三种重金属[1]。有研究表明,Cu2+、Zn2+、Pb2+会引发七带石斑鱼胚胎畸形,如胚尾芽弯曲等[2],且会在不同程度上抑制半滑舌鳎胚胎孵化率,并造成胚胎尾部弯曲等畸形[3];高浓度Cu会抑制大型藻江篱的生长,甚至导致其死亡[4];Cu、Zn、Pb能够引起栉孔扇贝胚胎发育迟缓和畸形[5]。此外,海洋沉积物中重金属的含量比水体高3个数量级左右,且沉积物中的重金属会再次释放到海水中,造成二次污染[6-7]。因此,开展海洋沉积物中重金属的污染现状研究至关重要。

    目前常用的评价方法主要包括沉积物富集系数法、地累积指数法、潜在生态风险指数法、沉积物质量基准法、尼梅罗综合指数法、污染负荷指数法和次生相与原生相比值法[8]等。在风险评估中,选择合适的方法至关重要,本次调查的研究对象是近海沉积物中的重金属,目标是评价该区域不同时间重金属的污染状况,Hankanson潜在生态风险指数法是基于水体沉积学理论的一种生态风险评价方法,可以反映不同污染物的污染状况以及多种污染物的综合影响。桑沟湾作为我国北方重要的养殖基地,目前的研究主要针对单个重金属的含量分布及污染状况[9-11],但是关于桑沟湾不同季节沉积物中重金属分布特征及潜在风险评价的研究还很少。因此,本文以桑沟湾为研究区域,分析了该区域2019年夏季、秋季和冬季21个站位表层沉积物中重金属(Cu、Zn、Pb)的含量和分布特征,采用Hankanson潜在生态风险指数法对不同季节桑沟湾表层沉积物中重金属的生态风险进行了评价,研究结果可为海洋渔业环境的综合评价与管理提供科学依据。

    • 桑沟湾位于山东半岛东端(37°01′N-37°09′N,122°24′E-122°35′E),属于半封闭式港湾,东面与黄海相连,其余三面环陆。其湾口宽约11.5 km,海湾面积163.20 km2,湾内水域面积133.33 km2,最大水深为15 m,平均水深约为7.5 m,入湾的河流主要有桑沟河、沽河和崖头河[12]。桑沟湾是我国重要的半封闭型规模化海水养殖示范区,自湾内向湾外依次为贝类养殖区、鱼贝混养区、贝藻混养区以及藻类养殖区,养殖面积占全湾的70%以上,年产量约为24万吨[13]

    • 本次调查时间为夏季(2019年7月23日-7月24日)、秋季(2019年10月23日-10月24日)和冬季(2019年12月28日-12月29日),在桑沟湾及其附近海域共布设21个站位采集表层沉积物样品(图1)。由于天气原因,夏季和冬季在D4站位未采集到沉积物样品。

      图  1  桑沟湾表层沉积物采样站位

      Figure 1.  Sampling locations in surface sediments of Sanggou bay

    • 使用抓斗式采泥器采集表层沉积物,放入双层聚乙烯袋中,保存在装有冰袋的保温箱中,带回实验室立即冷冻保存。分析样品时,将样品解冻混匀,在烘箱中60 ℃烘48 h至全部干燥,研磨后过80目筛,封存于双层聚乙烯袋中置于干燥器中备用。Cu、Zn、Pb含量均采用火焰原子吸收分光光度法测定,方法参照《海洋监测规范第5部分:沉积物分析》(GB17378.5-2007)[14]

    • 本研究采用Hankanson潜在生态风险评价指数法进行重金属污染风险评估,该方法考虑了区域的背景值、毒性因子和评价区域对重金属污染的敏感性等因素,可以反映不同污染物的污染状况和多种污染物的综合影响。该方法中的污染系数和生态风险指数RI的划分是基于8个参数,与本研究的评价参数不同,因此,本研究采用的元素背景值、毒性响应系数和沉积物中重金属的潜在生态风险等级及其阈值参考了其他文献数据[15]。其中,沉积物中重金属i的单项潜在生态危害系数$E_i^r $及沉积物中多种重金属的综合指数RI的计算公式如下:

      式中:$C_f^i $为重金属i的污染系数,即代表重金属的实测值与背景值之比;$C_s^i $为重金属i的实测浓度;$C_n^i $为重金属i的背景值;$T_r^i $为重金属i的毒性响应系数。其中,Cu、Zn、Pb的背景值($C_n^i $)分别为30 mg/L、80 mg/L、25 mg/L;Cu、Zn、Pb的毒性响应系数($T_r^i $)分别为5、1、5[15]

    • 表1所示,夏季,桑沟湾表层沉积物中Cu、Zn、Pb的平均含量分别为(12.91±4.19)mg/kg、(82.25±6.96)mg/kg、(13.54±3.25)mg/kg,其中,Cu、Zn、Pb的最大值分别出现在藻类养殖区(21.69 mg/kg)、贝类养殖区(93.92 mg/kg)和鱼贝混养区(18.98 mg/kg)。秋季,Cu、Zn、Pb的平均含量分别为(13.37±2.65)mg/kg、(64.56±11.17)mg/kg、(18.27±8.96)mg/kg,最大值均出现在藻类养殖区,分别为18.93 mg/kg、89.27 mg/kg、41.13 mg/kg。冬季,Cu、Zn、Pb的平均含量分别为(15.85±6.07)mg/kg、(67.70±17.67)mg/kg、(14.34±5.77)mg/kg,其中,Cu、Pb的最大值均出现在鱼贝混养区,分别为27.87 mg/kg和26.29 mg/kg,Zn的最大值则出现在藻类养殖区(122.0 mg/kg)。三种重金属含量均符合海洋沉积物质量一类标准,这与孙丕喜等在桑沟湾的研究结果一致[12]。由于受到水动力作用、沉积物粒度和泥沙量等因素的影响,不同湾口表层沉积物中重金属的含量及分布也有所不同。如杭州湾表层沉积物中Cu、Pb的平均含量处于相对较低的水平[16];湄洲湾北部海区部分站位表层沉积物中Zn、Cr含量符合海洋沉积物质量二类标准,其余重金属含量(Cu、Ni、Cd、Pb、As、Hg)均符合一类标准[17];辽东湾葫芦岛附近海域、西南部六股河口东南部海域以及西部近岸海域表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Ni、As、Cd、Cr、Hg的含量,与我国近海沉积物中重金属平均含量比较,处于中等水平[18]

      时间区域CuZnPb
      含量/mg·kg−1污染系数含量/mg·kg−1污染系数含量/mg·kg−1污染系数
      夏季外海10.59(9.52~11.66)0.35(0.32~0.39)78.42(73.45~83.40)0.98(0.92~1.04)11.69(9.93~13.45)0.47(0.40~0.54)
      藻类12.79(8.18~21.69)0.43(0.27~0.72)82.03(73.97~91.99)1.03(0.93~1.15)13.03(10.09~17.48)0.52(0.40~0.70)
      贝藻10.63(9.81~12.25)0.35(0.33~0.41)80.71(77.96~84.30)1.01(0.97~1.05)12.23(11.13~13.93)0.49(0.45~0.56)
      贝类12.78(9.29~16.09)0.43(0.31~0.54)84.14(76.65~93.92)1.05(0.96~1.17)14.71(10.86~18.86)0.59(0.43~0.75)
      鱼贝19.38(18.34~20.42)0.65(0.61~0.68)83.23(74.07~92.40)1.04(0.93~1.16)15.13(11.29~18.98)0.61(0.45~0.76)
      交错带
      均值12.91±4.190.43±0.1482.25±6.961.03±0.0913.54±3.250.54±0.13
      秋季外海13.33(11.52~16.70)0.44(0.38~0.56)66.92(49.52~83.84)0.84(0.62~1.05)22.36(20.62~25.39)0.89(0.82~1.02)
      藻类15.00(12.00~18.93)0.50(0.40~0.63)68.38(58.23~89.27)0.85(0.73~1.12)21.09(7.79~41.13)0.84(0.31~1.65)
      贝藻12.93(12.72~12.86)0.43(0.42~0.44)58.26(50.38~69.58)0.73(0.63~0.87)14.67(7.27~28.25)0.59(0.29~1.13)
      贝类13.05(10.33~17.18)0.44(0.34~0.57)63.61(55.38~72.42)0.80(0.62~0.91)16.15(2.92~27.46)0.65(0.12~1.10)
      鱼贝11.75(10.45~13.05)0.39(0.35~0.44)54.78(53.65~55.19)0.68(0.67~0.70)18.40(17.74~19.05)0.74(0.71~0.76)
      交错带12.000.4083.361.0417.220.69
      均值13.37±2.650.45±0.0964.56±11.170.81±0.1418.27±8.960.73±0.36
      冬季外海18.29(12.50~24.67)0.61(0.42~0.82)62.62(57.18~70.20)0.78(0.72~0.88)14.37(12.26~18.04)0.57(0.49~0.72)
      藻类14.05(11.48~18.76)0.47(0.38~0.63)75.15(59.69~122.0)0.94(0.75~1.53)14.72(11.44~21.78)0.59(0.46~0.87)
      贝藻14.08(10.86~19.44)0.47(0.36~0.65)78.86(55.30~93.43)0.99(0.69~1.17)16.57(12.58~22.69)0.66(0.50~0.91)
      贝类15.01(6.43~26.21)0.50(0.21~0.87)59.36(41.82~72.21)0.74(0.52~0.90)11.97(4.93~19.73)0.48(0.20~0.79)
      鱼贝22.27(16.67~27.87)0.74(0.56~0.93)69.16(65.72~72.60)0.86(0.82~0.91)18.30(10.32~26.29)0.73(0.41~1.50)
      交错带
      均值15.85±6.070.53±0.2067.70±17.670.85±0.2214.34±5.770.57±0.23

      表 1  2019年夏季、秋季和冬季桑沟湾表层沉积物中重金属的含量和污染系数

      Table 1.  Contents and accumulating coefficients of heavy metal in surface sediments of Sanggou bay from July to December 2019

      从重金属污染系数$C_f^i $来看,三个季节桑沟湾表层沉积物中Cu、Pb的平均污染系数均小于1,表明桑沟湾表层沉积物在这三个季节均未受到Cu、Pb的污染。而夏季重金属Zn的平均污染系数大于1,为1.03,最大污染系数为1.17,有10个调查站位的污染系数大于1。秋季和冬季Zn的污染程度也高于重金属Cu和Pb,其平均污染系数分别为0.81和0.85,最大污染系数分别是1.12和1.53。三个季节的重金属污染程度相似,由高到低依次为Zn、Pb、Cu。部分调查站位存在Zn、Pb轻度污染,而所有的调查站位均未出现Cu污染,表明桑沟湾及其附近海域基本未受到Cu、Zn、Pb的污染,这与其他养殖海湾重金属污染状况相似。如赵晨辉等采用RAC(The Risk Assessment Code)法分析三门湾表层沉积物中重金属含量分布,发现Zn、Pb、Cu表现为低生态风险[19];王恩康等人发现兴化湾表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Hg、As、Cd、Cr为清洁水平[7];顾效源等利用不同的评价方法发现丁字湾海域表层沉积物中重金属(Cu、Pb、Zn等)总体呈未污染−轻微污染的现状[20]

    • 图2所示,夏季,三种重金属分布特征基本相似,均呈现从湾内向湾外逐渐减少的趋势。秋季,Cu和Pb的分布呈现从湾中向两侧递增的趋势,其中,Cu的高值区出现在湾中的东北方向靠近入海口的海域,这可能是因为湾口区的水面变宽后,在波浪的作用下沉积物中的重金属发生再悬浮,并随着海水的迁移作用将再悬浮的重金属输送到入海口处。冬季,Pb的分布在湾内呈现从南向北递减的趋势,且湾外的含量低于湾内,而Zn的分布呈现从湾中向两侧递减的趋势,Cu的分布无明显规律,但湾内的Cu含量高于湾外,且湾内靠近岸边的区域等值线密集。总体而言,Cu、Zn、Pb呈现从湾内向湾外逐渐降低的趋势,这可能与陆源输入有关。蒋增杰等在评估桑沟湾表层沉积物的生态风险时认为,重金属主要是受陆源输入的影响[15];三门湾三面环陆,其表层沉积物中Zn、Cd、Pb、Cr、Cu五种重金属的含量分布趋势整体表现为湾内高于湾外[19];杭州湾河口地区表层沉积物中Pb、Zn、Cd的分布规律也是从河段向入海口递减[16];柴小平等利用主成分分析发现,陆源碎屑颗粒的输送对杭州湾及邻近海域表层沉积物中重金属的组成和分布产生重要影响[21]。不同季节桑沟湾表层沉积物中Cu、Zn、Pb的分布特征存在一定差异,季节变化明显。春、夏两季属于海带等藻类生长旺盛且即将成熟的季节,密集的养殖会使桑沟湾水交换能力更弱。而秋、冬两季,一方面,海带等海产品收获后,湾内的水交换情况有所好转;另一方面,也有研究认为秋、冬季渤海南部沿岸流对湾内的影响高于春、夏季[9-10],这些因素都会对桑沟湾表层沉积物中Cu、Zn、Pb的分布有一定影响。

      图  2  2019年夏季、秋季和冬季桑沟湾表层沉积物重金属含量水平分布

      Figure 2.  Horizontal distribution of heavy metals in surface sediments of Sanggou bay from July to December 2019

    • 表2可以看出,三个季节调查的3种重金属的$ E_r^i$值和RI值均小于其轻微生态危害的划分标准值,这表明桑沟湾表层沉积物中重金属的生态风险处于轻微状态。从区域上看,夏季,Cu和Pb的$E_r^i $平均值为鱼贝混养区>贝类养殖区>藻类养殖区>贝藻混养区>外海海域,Zn的$E_r^i $平均值为贝类养殖区>鱼贝混养区>藻类养殖区>贝藻混养区>外海海域,而RI平均值则为鱼贝混养区>贝类养殖区>藻类养殖区>贝藻混养区>外海海域。但从整体分析,湾内各个重金属$E_r^i $平均值和RI平均值高于湾外,这说明湾内的污染程度高于湾外。秋季,Cu的$E_r^i $平均值为藻类养殖区>外海海域>贝藻混养区>贝类养殖区>交错带>鱼贝混养区,Zn的Eri平均值为贝类养殖区>交错带>藻类养殖区>外海海域>贝藻混养区>鱼贝混养区,Pb的$E_r^i $平均值为外海海域>藻类养殖区>鱼贝混养区>交错带>贝类养殖区>贝藻混养区,而RI平均值则为藻类养殖区>外海海域>交错带>鱼贝混养区>贝类养殖区>贝藻混养区,这说明秋季Cu污染较为严重的区域是藻类养殖区,Zn污染较为严重的区域是贝类养殖区,而Pb污染较为严重的区域是外海区域,且从RI可以看出,湾外的污染程度整体高于湾内。冬季,Cu的$E_r^i $平均值为鱼贝混养区>外海海域>贝类养殖区>贝藻混养区>藻类养殖区,Zn的$E_r^i $平均值为贝藻混养区>藻类养殖区>鱼贝混养区>外海海域>贝类养殖区,Pb的$E_r^i $平均值为鱼贝混养区>贝藻混养区>藻类养殖区>外海海域>贝类养殖区,而RI平均值则为鱼贝混养区>外海海域>贝藻混养区>藻类养殖区>贝类养殖区,Cu、Zn、Pb污染较为严重的区域均属于养殖区,鱼贝混养区重金属的污染程度略高于其他四个区域。崔毅等评估了5月和8月乳山湾表层沉积物的生态风险,其Cu、Zn、Pb的$E_r^i $平均值均低于夏季桑沟湾的$E_r^i $平均值,两个海湾均是北方重要的经济养殖基地,其生态风险均表现为轻微[22]

      时间区域$E_r^i $RI
      CuZnPb
      夏季外海1.77(1.59~1.94)0.98(0.92~1.04)2.34(1.99~2.69)5.08(4.49~5.68)
      藻类2.13(1.36~3.62)1.03(0.93~1.15)2.61(2.02~3.50)5.76(4.31~8.26)
      贝藻1.77(1.64~2.04)1.01(0.97~1.05)2.45(2.23~2.79)5.23(4.84~5.88)
      贝类2.13(1.55~2.68)1.05(0.96~1.17)2.94(2.17~3.77)6.12(4.68~7.63)
      鱼贝3.23(3.06~3.40)1.04(0.93~1.16)3.03(2.26~3.80)7.30(6.59~8.01)
      交错带
      均值2.151.032.715.89
      秋季外海2.22(1.92~2.78)0.84(0.62~1.05)4.47(4.13~5.08)7.53(7.22~7.62)
      藻类2.50(2.00~3.16)0.85(0.73~1.12)4.22(1.56~8.23)7.57(4.27~11.26)
      贝藻2.16(2.12~2.20)0.73(0.63~0.87)2.93(1.45~5.65)5.82(4.20~8.55)
      贝类2.18(1.57~2.86)0.80(0.69~0.91)3.23(0.59~5.49)6.20(3.04~9.26)
      鱼贝1.96(1.74~2.18)0.68(0.67~0.70)3.68(3.55~3.81)6.32(6.25~6.40)
      交错带2.001.043.446.49
      均值2.230.813.656.69
      冬季外海3.05(2.08~2.95)0.78(0.72~0.88)2.87(2.45~3.61)6.71(5.29~7.45)
      藻类2.34(1.91~3.13)0.94(0.75~1.53)2.94(2.29~4.36)6.23(5.14~7.85)
      贝藻2.35(1.81~3.24)0.99(0.69~1.17)3.31(2.52~4.54)6.65(5.42~8.95)
      贝类2.50(1.07~4.37)0.74(0.52~0.90)2.39(0.99~3.94)5.64(2.72~9.15)
      鱼贝3.71(2.78~4.65)0.86(0.82~0.91)3.66(2.06~5.26)8.24(5.66~10.81)
      交错带
      均值2.640.852.876.36

      表 2  2019年夏季、秋季和冬季桑沟湾表层沉积物中重金属元素的潜在生态危害系数($E_r^i $)和危害指数(RI

      Table 2.  Potential ecological risk coefficients ($E_r^i $) and risk indices (RI) of heavy metal elements in surface sediments of Sanggou bay from July to December 2019

      从季节变化分析,夏、秋、冬三个季节的$E_r^i $平均值由高到低依次为Pb、Cu、Zn,其中,Pb的$E_r^i $最大值约是Cu的1.63倍,Pb的$E_r^i $最大值约是Zn的4.51倍,Pb的$E_r^i $RI的影响程度大于重金属Zn和Cu,这表明Pb对桑沟湾生态环境潜在影响最大。本调查中桑沟湾表层沉积物中的重金属的$E_r^i $平均值略高于蒋增杰等[15]的调查结果,其中,夏季Zn的$E_r^i $平均值(1.03)是蒋增杰等[15]的Zn的$E_r^i $平均值(0.58)的1.78倍,秋季Pb的$E_r^i $平均值(3.65)是后者Pb的$E_r^i $平均值(2.36)的1.55倍,冬季Cu的$E_r^i $平均值(2.64)是后者Cu的$E_r^i $平均值(2.14)的1.23倍,表明近几年桑沟湾表层沉积物重金属的污染程度变化不大。总体而言,重金属污染程度从高到低依次是Pb、Cu、Zn,与蒋增杰等[15]的研究结果一致。从多个重金属的综合指数RI来看,三个季节的21个站位的RI均小于110,表明桑沟湾表层沉积物中重金属的生态风险轻微,养殖环境良好,这与蒋增杰等[15]在2006年对桑沟湾沉积物重金属的污染状况调查结果相似,从RI分析该区域表层沉积物重金属的生态风险均表现为轻微状态。三个季节桑沟湾表层沉积物的生态风险程度为秋季>夏季>冬季,这可能与养殖活动相关[9]。作为与桑沟湾相邻的爱莲湾,其海域沉积物重金属的综合生态风险程度为中等,各重金属的潜在生态风险为Cd>Hg>As>Pb>Cu>Cr>Zn,Cd和Hg是主要的潜在生态风险因子[23];而作为北方养殖海区的乳山湾,其生态风险表现为轻微,沉积物重金属的污染程度为Cd>Hg>As>Pb>Cu>Zn,具有潜在影响的元素主要是Cd[22]。因此,下一步我们将对桑沟湾的其他重金属的污染状况进行调查,以期更好地评估桑沟湾的重金属污染潜在风险。

    • (1)2019年夏、秋、冬三个季节桑沟湾表层沉积物中Cu、Zn、Pb含量均符合海洋沉积物质量一类标准(GB18668-2002)。

      (2)平均污染系数分析结果表明,桑沟湾三个季节的重金属污染程度相似,由高到低依次为Zn、Pb、Cu。三个季节桑沟湾表层沉积物中三种重金属含量的空间分布差异明显,夏季,Zn、Pb、Cu的分布呈现从湾内向湾外逐渐减少的变化趋势;秋季,Cu、Pb的分布呈现从湾中向两侧递增的趋势;冬季,湾外Pb含量低于湾内,Zn的分布呈现从湾中向两侧递减的趋势,而湾内Cu含量高于湾外,且湾内靠近岸边的区域等值线密集。

      (3)潜在生态风险评价结果表明,桑沟湾表层沉积物Cu、Zn、Pb的潜在生态风险总体表现为轻度,三种重金属对桑沟湾养殖区的潜在生态危害程度为Pb>Cu>Zn。其中,Pb和Cu的EriRI的影响程度大于Zn,对桑沟湾养殖区生态环境具有潜在影响的重金属主要是Pb。

参考文献 (23)

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