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海洋环境中的重金属元素因其毒性和污染持久性，已成为海洋环境污染的主要问题之一，重金属可通过食物链传递、积累至生物体内，严重威胁海洋生物和人类的健康，因此受到学者们的广泛关注。近岸河口、海湾是海陆交互作用的关键区域，其底部沉积物是陆源重金属元素排放入海的重要归宿之一[1-2]。近海水体中赋存的重金属污染物一方面由地表径流输送、大气沉降等自然输入，另一方面近岸人为的排放也是重要来源[3-5]。重金属在海水−沉积物界面进行交换和迁移，大部分在吸附、絮凝、沉降等物理和化学作用下以颗粒物的形式转移至沉积物中赋存，同时，在一定的水文和沉积环境条件下，沉积物中的重金属又会解吸、重新释放至上覆水中，造成水体的“二次污染”[6-7]。因此，开展沉积物中重金属的分析与评价，对厘清所在海域重金属污染现状、探究自然环境作用和人为活动的影响具有重要意义。
研究表明，海口湾除东部近岸局部海域表层沉积物中铜（Cu）、锌（Zn）、镉（Cd）和铬（Cr）超过《海洋沉积物质量》（GB 18668－2002）第一类标准外，其余湾内及湾外区域沉积物质量均满足所在海域的海洋功能区要求[8-9]。相比海口以西的澄迈县和临高县，海口湾重金属污染较轻[10]，其中，Cd是东部海域主要的潜在生态风险因子，重金属总体潜在生态风险程度低[11]，区域重金属环境质量处于优良状态[12]。海口湾沉积物中重金属Cr和砷（As）以残渣态为主，而铅（Pb）、Cu和Cd主要为可提取态，生物可利用率高，受人为活动的影响较显著[13]。除As外，海南岛北部海湾表层沉积物中Cu、Pb、Cd、Zn、Cr和汞（Hg）等重金属主要来自人为污染和母岩风化产物运移两方面的陆源输入[14]，湾外沉积物中有机碳（OC）和硫化物含量是影响其重金属含量的重要因素[9]。
近30年来，海口湾沿岸的开发力度持续增强，人工构筑物和填海造陆（人工岛）等大型海洋工程较多，在一定程度上影响了湾内的水文动力和沉积环境[15-17]。海口湾内沉积物类型及分布的变化受填海造地等人类活动的影响显著，湾内底质沉积动力下降[17]，导致表层沉积物中重金属分布格局发生改变。目前，受调查范围[11]、调查因子[8,13]或调查站位数量[9]等因素的影响，海口湾沉积物中重金属的研究不够完善。因此，开展海口湾表层沉积物中重金属的全面调查和生态风险评价十分必要。本文利用2018年3月海口湾海域表层沉积物中重金属的调查资料，分析其空间分布特征，结合沉积物粒度、OC等地球化学指标探讨其控制因素，并采用地累积指数法和潜在生态风险指数法对海域重金属的生态风险进行评价，为海域环境管理、生态保护修复与决策提供参考。
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海口湾位于琼州海峡中段南岸的海口市北部，为一开放式弧形海湾，东至白沙角，邻接南渡江三角洲，西至后海，海湾东西长约14 km，南北宽约6 km，岸线长约20.5 km，口门宽约12.5 km，总面积约42 km2[18]。海口湾海域潮汐为非正规日潮混合潮，其潮流主要受琼州海峡的潮流运动控制[19]，各月均受东北风向的影响，全年存在东北向的波浪[20]。
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2018年3月，本文研究团队在海口湾海域采用抓斗式采泥器采集70个表层（深度0～10 cm）沉积物样品，采样站位具体位置见图1。沉积物样品的采集、运输和保存方法均参照《海洋监测规范》（GB 17378－2007）。70个站位样品均进行沉积物粒度分析，其中，30个样品进一步开展沉积物质量分析（包括OC、Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As等）。
图 1 研究区域与采样站位示意图
Figure 1. Map of Haikou Bay and sampling sites in this study
沉积物粒度参照《海洋调查规范》（GB/T 12763－2007）中的筛析法，并配合使用马尔文Mastersizer 3000激光粒度分析仪和Hydro LV大容量湿式样品分散仪。沉积物中重金属样品的前处理过程如下：首先，取25 g沉积物样品转移至洁净表面皿中，置于40 ℃～45 ℃的烘箱中烘48 h，期间用玻璃棒翻动并轻捣样品，使之加速干燥后放入干燥器中冷却；其次，用玛瑙研钵将沉积物样轻轻研磨至粉末状，全量过160目尼龙网筛，收集小于160目的沉积物样品，再用球磨机研磨；最后，将前处理后的全部样品收集、分析。沉积物重金属分析方法参照《海洋监测规范》（GB 17378－2007），其中，Cu、Pb、Cd和Cr采用无火焰原子吸收分光度法，检出限分别为2.0 mg/kg、3.0 mg/kg、0.04 mg/kg、2.0 mg/kg；Zn采用火焰原子吸收分光度法，检出限为6.0 mg/kg；Hg和As采用原子荧光法，检出限分别为0.002 mg/kg、0.06 mg/kg。沉积物OC含量采用《海洋监测规范》（GB 17378－2007）中的重铬酸钾氧化−还原容量法测定，检出限为0.10%。
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采用1969年德国学者Müller提出的地累积指数法对研究区域的重金属污染累积程度进行评价[21]，其计算公式为：
式中：Igeo为地累积指数；Cn为沉积物中重金属n含量的实测值；Bn为沉积物中元素n的地球化学背景值；K为考虑自然成岩作用可能引起的背景值变动系数（一般取值为1.5）。Igeo共分为7个级别，其中：Igeo≤0时，表示清洁无污染；0<Igeo≤1时，表示轻度污染；1<Igeo≤2时，表示偏中度污染；2<Igeo≤3时，表示中度污染；3<Igeo≤4时，表示偏重度污染；4<Igeo≤5时，表示重度污染；Igeo>5时，表示严重污染。
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采用1980年瑞典学者Håkanson提出的潜在生态风险指数法，该方法基于沉积学原理和生物毒性效应对重金属污染及其生态风险进行评价[22]，其计算公式如下：
式中：
$ {C}_{d} $ 为沉积物中m项重金属的综合污染指数；$ {C}_{f}^{i} $ 为重金属i的单因子污染系数；$ {C}^{i} $ 为重金属i含量的实测值；$ {C}_{n}^{i} $ 为该重金属元素的地球化学背景值，单项重金属污染程度及综合污染等级判定见表1；RI为m项重金属综合潜在生态风险指数，可表征研究区域总体的重金属污染状况；$ {E}_{r}^{i} $ 为重金属i的潜在生态风险系数；$ {T}_{r}^{i} $ 为重金属i的生物毒性响应系数，反映重金属i的毒性水平以及生物对该重金属元素污染的敏感程度。Cf 单项重金属
污染程度Cd 重金属综合
污染等级$ {E}_{r}^{i} $ 
单项重金属生态
风险程度RI取值范围 总体潜在生态
风险等级<1 低 < m（7） 低 $ {E}_{r}^{i} $ 
低 RI<105 低 1～3 中等 m～2 m（7～14） 中等 40～80 中等 105～210 中等 3～6 严重 2 m～4 m（14～28） 严重 80～160 较高 210～420 高 ≥6 很严重 ≥4 m（28） 很严重 160～320 高 RI≥420 很高 $ {E}_{r}^{i} $ 
很高 表 1 单项重金属污染程度、综合污染等级、重金属潜在生态风险指标及等级划分
Table 1. Contamination factor (Cf) of single heavy metal, the degree of contamination (Cd), index and classification for potential ecological risk of heavy metals
Håkanson[22]根据沉积物中PCB、Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As含量对
$ {E}_{r}^{i} $ 和RI的取值范围进行划分，以确定沉积物的潜在生态风险等级。考虑到本研究未检测沉积物中的PCB含量，因此需要对Håkanson提出的RI取值范围按照各污染物的Tr所占比例重新换算[23]，以确定本研究沉积物重金属潜在生态风险评价的分级标准（表1）。 -
海口湾表层沉积物类型如图2所示，由图可知，海口湾表层沉积物主要包括砂、粉砂质砂、砂质粉砂、粉砂和黏土质粉砂5种类型，个别站位沉积物类型为粉砂质黏土。表层沉积物OC含量的变化范围为0.06%～1.35%，平均值为0.62%，整体较低，OC含量的最高值位于海口港秀英港区邻近海域的S58号站，各站位的调查结果均符合《海洋沉积物质量》（GB 18668－2002）第一类标准，且总体呈由东南沿岸向西北离岸递减的空间分布特征（图3a）。
图 2 研究区域表层沉积物类型谢帕德分类三角图解
Figure 2. Triangle diagram for the type of surface sediments from the study area based on Sheppard’s classification
图 3 研究区域表层沉积物OC和重金属含量空间分布
Figure 3. Spatial distribution of OC and heavy metal contents in surface sediments from the study area
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表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As的含量平均值分别为14.1 mg/kg、27.1 mg/kg、63.7 mg/kg、0.06 mg/kg、41.5 mg/kg、0.050 mg/kg、12.79 mg/kg。7项重金属空间分布变异系数范围为0.24～0.75（表2），变异系数的顺序为Cd>Hg>Cu>Zn>Pb>As>Cr，Cd的空间差异最大。
调查要素 OC Cu Pb Zn Cd Cr Hg As 单位 ×100% mg·kg−1 最小值 0.06 未检出 10.6 14.3 未检出 15.6 0.013 5.44 最大值 1.35 31.1 54.5 99.8 0.28 57.9 0.173 22.26 平均值 0.62 14.1 27.1 63.7 0.06 41.5 0.050 12.79 标准差 0.37 6.4 9.2 22.0 0.05 10.0 0.027 3.34 变异系数 0.60 0.45 0.34 0.35 0.75 0.24 0.55 0.26 检出率/% 100 96.7 100 100 83.3 100 100 100 表 2 研究区域表层沉积物OC和重金属含量统计
Table 2. Statisticals summary of organic carbon and heavy metal contents in surface sediments from the study area
本次调查结果中除Cd含量明显偏低外，其余各项重金属含量的调查结果与海口湾其他文献基本一致[8,11]；但除Cd和Cr外，其余各项重金属含量的平均值均高于琼州海峡[24]和海南岛北部海湾[14]（表3）。表层沉积物中Cu、Pb、Zn和Cd含量的空间分布特征近似，低值区主要集中于调查区域西北部湾外和湾内人工岛东北、南部海域，而高值区位于调查区域东南、东北部以及五源河口外邻近海域（图3b～图3e）；Cr含量分布低值区主要位于调查区域西北部以及人工岛东北、南部海域，其高值则主要集中在调查区域东、西两侧海域以及人工岛内局部水域（图3f）；Hg含量分布低值区位于调查区域西北部海域，其最高值分布于东南部近岸海域，与Cu、Zn、Cd的最高值分布一致（图3g）；As含量分布低值区主要位于调查区域东部和人工岛东北、南部海域，高值区位于西北部湾外海域及人工岛内局部水域（图3h）。
表 3 本研究与周边海域表层沉积物重金属研究成果对比表
Table 3. Comparison of heavy metal contents in surface sediments in this study with the related references
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海洋表层沉积物中的重金属含量分布变化主要受环境背景值、底质沉积环境、底栖生物吸收富集以及人为排放污染等因素影响。沉积物OC和粒度参数（黏土、粉砂和砂的占比）均是表征沉积环境性质、类型的重要指标。Cu、Pb、Zn、Cd和Hg之间均呈正相关关系，且相关性良好，表明这5项重金属元素的物源近似。Cu、Pb、Zn、Hg与OC含量之间呈较好的正相关性，相关系数分别达0.711、0.586、0.754和0.505（表4），说明上述4项重金属元素易通过表面吸附作用与表层沉积物和水体颗粒物中的有机质结合形成金属有机络合物，并从水体中迁出。Cu、Zn与黏土、粉砂之间均呈较好的正相关性，且Cu、Pb、Zn、Cr与砂之间也具较好的负相关性（表4），表明Cu、Pb、Zn和Cr等重金属元素更易于富集在细粒级沉积物，黏土、粉砂的吸附运移是影响Cu、Zn空间分布的重要因素。Cd、Hg、As则与粒度参数无明显相关关系，沉积物类型不是影响三者分布的主导因素。填海造地工程会导致海口湾内水动力环境的改变，湾内表层沉积物表现出砂质组分减少、粉砂与黏土组分增加、沉积物粒径减小的变化趋势。从长期来看，海口湾细粒沉积物的分布范围持续变广且呈现自东向西由细变粗的分布规律[17]，考虑到沉积物中部分重金属元素与粒度参数之间良好的相关关系，推测未来湾内表层沉积物中Cu、Pb、Zn和Cr的赋存总量呈增加趋势。
项目 Cu Pb Zn Cd Cr Hg As OC 黏土 粉砂 砂 Cu 1 Pb 0.820** 1 Zn 0.949** 0.843** 1 Cd 0.763** 0.635** 0.655** 1 Cr 0.501** 0.393* 0.579** 0.176 1 Hg 0.821** 0.690** 0.711** 0.920** 0.090 1 As 0.169 0.152 0.113 0.044 0.450* −0.038 1 OC 0.711** 0.586** 0.754** 0.426* 0.391* 0.505** 0.406* 1 黏土 0.546** 0.445* 0.615** 0.168 0.320 0.228 0.237 0.744** 1 粉砂 0.538** 0.432* 0.632** 0.081 0.427* 0.215 0.294 0.752** 0.707** 1 砂 −0.583** −0.465** −0.674** −0.133 −0.470** −0.246 −0.325 −0.794** −0.827** −0.964** 1 注：**代表p<0.01；*代表p<0.05 表 4 表层沉积物重金属、OC含量和粒度参数Pearson相关性分析
Table 4. The Pearson correlations analysis of heavy metal contents, organic carbon contents and related grain-size parameters for surface sediments
主成分分析法（principal component analysis, PCA）能够通过降维的方式，为分析海洋沉积物中的重金属元素物源和影响重金属富集的主要因子提供有效的信息[25-26]，因此，近年来得到了越来越多的应用[27-30]。当初始特征值大于0.5时，通过主成分分析可提取到本次调查海域表层沉积物7项重金属元素中第一、第二和第三3个主成分因子，经最大方差旋转可分别解释变量的56.509%、19.523%、9.519%，累计贡献率达85.551%（表5），可以反映各变量数据的大部分信息。第一主成分的因子变量在Cu、Pb和Zn上具有较高的正载荷，在OC上的载荷也达到0.875，表明有机质对沉积物重金属的络合和解吸过程具有重要作用，并解释了Cu、Pb和Zn等的空间分布受沉积物中有机质含量的调控；同时，第一主成分中黏土、粉砂为高正载荷，砂为高负载荷，说明作为重金属的吸附载体，表层沉积物中各粒级组分的组成结构也是造成海口湾重金属分布格局的重要驱动因素，这与重金属元素和OC、粒度参数之间的相关性分析结果基本一致。Cu、Pb、Zn、Cd和Hg相互间的Pearson相关系数为0.635（Pb-Cd）～0.949（Cu-Zn）（表4），说明第一主成分主要控制沉积物中Cu、Pb和Zn的分布，同时在一定程度上支配着Cd和Hg的分布。第二主成分主要集中在Cd和Hg的高正载荷，其中，Cd为0.702，Hg为0.671，反映了以沿岸河流、工业与城市等为主的点源入海排污对沉积物中Cd和Hg含量的贡献[31]。第三主成分则表现为Cr和As的较高正载荷，而Cr和As与OC之间的相关性较弱，推测Cr和As在沉积物中作为易与黏土、有机质吸附的可交换态存在的可能性很小，应以残渣态为主相[13]，结合两者的空间分布，间接说明两者的分布受工业与城市排污过程的影响较小。
项目 第一主成分 第二主成分 第三主成分 Cu 0.928 0.292 0.049 Pb 0.812 0.304 0.063 Zn 0.949 0.162 −0.020 Cd 0.624 0.702 0.130 Cr 0.561 −0.280 0.575 Hg 0.686 0.671 −0.059 As 0.317 −0.438 0.690 OC 0.875 −0.204 −0.079 黏土 0.732 −0.406 −0.314 粉砂 0.754 −0.513 −0.238 砂 −0.806 0.511 0.225 特征值 6.216 2.148 1.047 贡献率/（%） 56.509 19.523 9.519 累计贡献率/（%） 56.509 76.032 85.551 表 5 主成分分析计算结果统计
Table 5. Summary of the computed results of principal component analysis
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地累积指数法考虑了人为活动和自然成岩作用的影响，但其并未考虑由不同金属的毒性效应差别所导致的生态风险影响，而潜在生态风险指数法则结合了重金属综合污染指数法，同时重点考虑了不同污染物的区域背景值的差异、污染状况以及生物毒性效应的综合影响，二者在评价海洋沉积物重金属污染方面侧重点不同，协同应用能更好地反映重金属在沉积物中的累积和潜在生态影响程度。同时，参考周边海域相关研究成果[24]，考虑到采用7项重金属元素背景值的完整性和历史数据资料的可比性，本文选择中国浅海沉积物化学元素丰度作为地累积指数法和潜在生态风险指数法评价的重金属环境背景值，即Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As背景值分别为15 mg/kg、20 mg/kg、65 mg/kg、0.065 mg/kg、60 mg/kg、0.025 mg/kg、7.7 mg/kg [32]。Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As的生物毒性响应系数Tr分别为5、5、1、30、2、40、10[22]。
地累积指数法的计算结果显示，海口湾表层沉积物中Cu、Pb、Zn和As表现为清洁无污染至轻度污染，Cd表现为清洁无污染至偏中度污染，Hg表现为清洁无污染至中度污染，而Cr均表现为清洁无污染。利用各项重金属元素的算术平均值进行总体分析评价，则海口湾表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd和Cr均为清洁无污染，Hg和As为轻度污染（表6）。
项目 Cu Pb Zn Cd Cr Hg As 最小值 −5.49 −1.50 −2.77 −3.29 −2.53 −1.53 −1.09 最大值 0.47 0.86 0.03 1.52 −0.64 2.21 0.95 平均值 −0.95 −0.24 −0.75 −0.98 −1.17 0.26 0.10 表 6 研究区域表层沉积物重金属的地累积指数
Table 6. Geoaccumulation index (Igeo) of heavy metals in surface sediments from the study area
海口湾表层沉积物中As、Hg、Pb、Zn、Cu、Cd和Cr的超标率见表7。Cu、Zn、Cd和Cr的Cf平均值均小于1，为低污染；而Pb、Hg和As的Cf平均值均为1～3，为中等污染, 7项重金属的污染程度为Hg>As>Pb>Zn>Cd>Cu>Cr，表明除Cr外，海口湾其余6项重金属元素均有不同程度的污染，而Hg和As的污染相对较重。各调查站位综合污染指数平均值为8.60，属于7～14的范围，为中等污染。30个调查站位中有23个站位的综合污染指数大于7，超标率达76.7%（表7）。
项目 Cf Cd Cu Pb Zn Cd Cr Hg As 最小值 0.03 0.53 0.22 0.15 0.26 0.52 0.71 2.95 最大值 2.07 2.73 1.54 4.31 0.97 6.92 2.89 19.22 平均值 0.94 1.35 0.98 0.97 0.69 2.00 1.66 8.60 超标站位数 16 24 20 13 0 27 29 23 超标率/（%） 53.3 80.0 66.7 43.3 0 90.0 96.7 76.7 表 7 研究区域表层沉积物中重金属单因子污染系数和综合污染指数
Table 7. The contamination factor (Cf) of single heavy metal and the degree of contamination (Cd) in surface sediments from the study area
海口湾表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cr和As的
$ {E}_{r}^{i} $ 均小于40，单项重金属生态风险程度为低生态风险。邻近秀英港区的S64号站位Cd的$ {E}_{r}^{i} $ 最高（129.2），为较高生态风险；S31、S58号站位Cd的$ {E}_{r}^{i} $ 大于40，为中等生态风险；其余站位Cd为低生态风险。Hg表现为低生态风险至高生态风险，Hg的$ {E}_{r}^{i} $ 最高值同样位于S64号站位，平均值达80.00，整体表现为较高生态风险。海口湾表层沉积物中单项重金属潜在生态风险程度为Hg>Cd>As>Pb>Cu>Cr>Zn。通过分析可知，海口湾表层沉积物7项重金属的RI为54.0～446.2，平均值为139.7，总体表现为中等生态风险（表8）。项目 $ {E}_{r}^{i} $ 
RI Cu Pb Zn Cd Cr Hg As 最小值 0.17 2.65 0.22 4.62 0.52 20.80 7.06 54.0 最大值 10.37 13.63 1.54 129.2 1.93 276.8 28.91 446.2 平均值 4.71 6.77 0.98 29.23 1.38 80.00 16.61 139.7 表 8 研究区域表层沉积物重金属潜在生态风险评价结果
Table 8. Assessment results of the potential ecological risk of heavy metals in surface sediments from the study area
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（1）海口湾表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As含量平均值分别为14.1 mg/kg、27.1 mg/kg、63.7 mg/kg、0.06 mg/kg、41.5 mg/kg、0.050 mg/kg和12.79 mg/kg。
（2）表层沉积物中Cu、Pb、Zn和Cd含量的空间分布特征近似，呈现调查区域西北部湾外和湾内人工岛东北、南部海域低，东南、东北部及五源河口外邻近海域高；Cr含量低值位于西北部及人工岛东北、南部海域，高值主要集中在东、西部海域及人工岛内局部水域；Hg含量低值位于西北部海域，最高值位于东南部近岸海域；As含量低值位于东部和人工岛东北、南部海域，高值位于西北部湾外海域及人工岛内局部水域。
（3）Cu、Pb、Zn、Hg与OC含量之间呈较好的正相关性，Cu、Pb、Zn和Cr等重金属元素更易在细粒级的沉积物中富集；通过主成分分析发现，Cd和Hg含量分布主要受控于以沿岸河流、工业与城市等为主的点源入海排污，而Cr和As含量分布受入海排污的影响较小。
（4）海口湾表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd和Cr均为清洁无污染，Hg和As为轻度污染；单项重金属潜在生态风险程度依次为Hg>Cd>As>Pb>Cu>Cr>Zn，总体表现为中等生态风险。
海口湾海域表层沉积物重金属空间分布特征及其生态风险评价
Spatial distribution and ecological risk assessment on heavy metals in surface sediments in Haikou Bay
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摘要: 沉积物中的重金属含量是反映近海环境质量的重要因子。本研究对2018年3月采集的海口湾表层沉积物样品开展了粒度、有机碳（OC）和7项重金属等环境要素分析，探讨了各元素的空间分布及地球化学特征。海口湾表层沉积物中铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）和砷（As）含量平均值分别为14.1 mg/kg、27.1 mg/kg、63.7 mg/kg、0.06 mg/kg、41.5 mg/kg、0.050 mg/kg和12.79 mg/kg。Cu、Pb、Zn、Hg与OC含量之间呈较好的正相关性，Cu、Pb、Zn和Cr等重金属元素更易在细粒级的沉积物中富集，Cd和Hg含量分布主要受控于以沿岸河流、工业与城市等为主的点源入海排污，而Cr和As含量分布受入海排污的影响较小。地累积指数法的评价结果显示，海口湾表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd和Cr均为清洁无污染，Hg和As为轻度污染。潜在生态风险指数法的评价结果表明，海口湾表层沉积物中单项重金属潜在生态风险程度为Hg> Cd> As> Pb> Cu> Cr> Zn，总体表现为中等生态风险。Abstract: Heavy metal concentrations in sediments are important factors reflecting the environmental quality of coastal zones, thus the exploration of those in Haikou Bay is of great significance to the sustainable development of coastal area utilization. Surface sediment samples in Haikou Bay and adjacent region were collected in March 2018. The spatial distributions and geochemical characteristics of particle size, organic carbon (OC) and seven heavy metals (Cu, Pb, Zn, Cd, Cr, Hg and As) of the surface sediments were investigated. The results showed that the average content of Cu, Pb, Zn, Cd, Cr, Hg and As in the surface sediments was 14.1, 27.1, 63.7, 0.06, 41.5, 0.050 and 12.79 mg/kg, respectively. Positive correlation was observed between the contents of Cu, Pb, Zn, Hg and OC, respectively. Cu, Pb, Zn, Cr tend to be enriched in fine-grained sediment and the distribution of Cd and Hg was mainly controlled by the pollution from point sources such as rivers, industrial and urban sewage discharges. In contrast, the distribution of Cr and As was little affected by those discharge processes. The evaluation of geoaccumulation index indicated the heavy metals in surface sediments were unpolluted, while Hg and As were mild polluted in Haikou Bay. The degrees of Håkanson’s potential ecological risk for the seven heavy metals were followed the order: Hg>Cd>As>Pb>Cu>Cr>Zn. As a whole, the assessment results showed that the potential ecological risk of the heavy metals in surface sediments were at a moderate level.
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图 2 研究区域表层沉积物类型谢帕德分类三角图解
Figure 2. Triangle diagram for the type of surface sediments from the study area based on Sheppard’s classification
图 3 研究区域表层沉积物OC和重金属含量空间分布
Figure 3. Spatial distribution of OC and heavy metal contents in surface sediments from the study area
表 1 单项重金属污染程度、综合污染等级、重金属潜在生态风险指标及等级划分
Table 1. Contamination factor (Cf) of single heavy metal, the degree of contamination (Cd), index and classification for potential ecological risk of heavy metals
Cf 单项重金属
污染程度Cd 重金属综合
污染等级$ {E}_{r}^{i} $ 单项重金属生态
风险程度RI取值范围 总体潜在生态
风险等级<1 低 < m（7） 低 $ {E}_{r}^{i} $ 低 RI<105 低 1～3 中等 m～2 m（7～14） 中等 40～80 中等 105～210 中等 3～6 严重 2 m～4 m（14～28） 严重 80～160 较高 210～420 高 ≥6 很严重 ≥4 m（28） 很严重 160～320 高 RI≥420 很高 $ {E}_{r}^{i} $ 很高 
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表 2 研究区域表层沉积物OC和重金属含量统计
Table 2. Statisticals summary of organic carbon and heavy metal contents in surface sediments from the study area
调查要素 OC Cu Pb Zn Cd Cr Hg As 单位 ×100% mg·kg−1 最小值 0.06 未检出 10.6 14.3 未检出 15.6 0.013 5.44 最大值 1.35 31.1 54.5 99.8 0.28 57.9 0.173 22.26 平均值 0.62 14.1 27.1 63.7 0.06 41.5 0.050 12.79 标准差 0.37 6.4 9.2 22.0 0.05 10.0 0.027 3.34 变异系数 0.60 0.45 0.34 0.35 0.75 0.24 0.55 0.26 检出率/% 100 96.7 100 100 83.3 100 100 100
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表 3 本研究与周边海域表层沉积物重金属研究成果对比表
Table 3. Comparison of heavy metal contents in surface sediments in this study with the related references
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表 4 表层沉积物重金属、OC含量和粒度参数Pearson相关性分析
Table 4. The Pearson correlations analysis of heavy metal contents, organic carbon contents and related grain-size parameters for surface sediments
项目 Cu Pb Zn Cd Cr Hg As OC 黏土 粉砂 砂 Cu 1 Pb 0.820** 1 Zn 0.949** 0.843** 1 Cd 0.763** 0.635** 0.655** 1 Cr 0.501** 0.393* 0.579** 0.176 1 Hg 0.821** 0.690** 0.711** 0.920** 0.090 1 As 0.169 0.152 0.113 0.044 0.450* −0.038 1 OC 0.711** 0.586** 0.754** 0.426* 0.391* 0.505** 0.406* 1 黏土 0.546** 0.445* 0.615** 0.168 0.320 0.228 0.237 0.744** 1 粉砂 0.538** 0.432* 0.632** 0.081 0.427* 0.215 0.294 0.752** 0.707** 1 砂 −0.583** −0.465** −0.674** −0.133 −0.470** −0.246 −0.325 −0.794** −0.827** −0.964** 1 注：**代表p<0.01；*代表p<0.05
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表 5 主成分分析计算结果统计
Table 5. Summary of the computed results of principal component analysis
项目 第一主成分 第二主成分 第三主成分 Cu 0.928 0.292 0.049 Pb 0.812 0.304 0.063 Zn 0.949 0.162 −0.020 Cd 0.624 0.702 0.130 Cr 0.561 −0.280 0.575 Hg 0.686 0.671 −0.059 As 0.317 −0.438 0.690 OC 0.875 −0.204 −0.079 黏土 0.732 −0.406 −0.314 粉砂 0.754 −0.513 −0.238 砂 −0.806 0.511 0.225 特征值 6.216 2.148 1.047 贡献率/（%） 56.509 19.523 9.519 累计贡献率/（%） 56.509 76.032 85.551
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表 6 研究区域表层沉积物重金属的地累积指数
Table 6. Geoaccumulation index (Igeo) of heavy metals in surface sediments from the study area
项目 Cu Pb Zn Cd Cr Hg As 最小值 −5.49 −1.50 −2.77 −3.29 −2.53 −1.53 −1.09 最大值 0.47 0.86 0.03 1.52 −0.64 2.21 0.95 平均值 −0.95 −0.24 −0.75 −0.98 −1.17 0.26 0.10
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表 7 研究区域表层沉积物中重金属单因子污染系数和综合污染指数
Table 7. The contamination factor (Cf) of single heavy metal and the degree of contamination (Cd) in surface sediments from the study area
项目 Cf Cd Cu Pb Zn Cd Cr Hg As 最小值 0.03 0.53 0.22 0.15 0.26 0.52 0.71 2.95 最大值 2.07 2.73 1.54 4.31 0.97 6.92 2.89 19.22 平均值 0.94 1.35 0.98 0.97 0.69 2.00 1.66 8.60 超标站位数 16 24 20 13 0 27 29 23 超标率/（%） 53.3 80.0 66.7 43.3 0 90.0 96.7 76.7
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表 8 研究区域表层沉积物重金属潜在生态风险评价结果
Table 8. Assessment results of the potential ecological risk of heavy metals in surface sediments from the study area
项目 $ {E}_{r}^{i} $ RI Cu Pb Zn Cd Cr Hg As 最小值 0.17 2.65 0.22 4.62 0.52 20.80 7.06 54.0 最大值 10.37 13.63 1.54 129.2 1.93 276.8 28.91 446.2 平均值 4.71 6.77 0.98 29.23 1.38 80.00 16.61 139.7
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