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2005-2020年广西近岸海域表层沉积物重金属含量特征及风险评价

闭文妮 洪鸣 彭梦微 蓝文陆

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2005-2020年广西近岸海域表层沉积物重金属含量特征及风险评价

    作者简介: 闭文妮(1985-),女,广西南宁人,硕士研究生,高级工程师,主要从事海洋环境监测与评价,E-mail: 494303976@qq.com;
    通讯作者: 蓝文陆(1980-),男,广西河池人,博士,正高级工程师,主要从事海洋环境监测与研究,E-mail: dr.lan@139.com
  • 基金项目: 广西科技计划项目(桂科AD19110140;桂科AB18126075)
  • 中图分类号: X820.4;X821

Assessment on the pollution and risk of heavy metals in surface sediments of Guangxi offshore from 2005 to 2020

  • 摘要: 为了了解近15年来广西近岸海域表层沉积物的环境质量状况,本研究应用2005-2020年广西近岸海域表层沉积物重金属数据,运用统计、相关分析、因子分析及风险评价等方法,对广西近岸海域表层沉积物的重金属含量特征、变化趋势及生态风险进行了分析。分析结果表明:2005-2020年,广西近岸海域表层沉积物99.0%的As、98.1%的Cu、99.0%的Pb、99.6%的Cd、100%的Hg、97.9%的Zn、100%的Cr含量低于《海洋沉积物质量标准》(GB 18668—2002)的一类标准限值要求,且58%的站位沉积物重金属含量近15年来无统计意义上的年际变化。地累积指数评价结果显示,广西近岸海域约37.5%的站位表层沉积物存在轻度−中度污染,Hg、As及Cd是主要污染因子;潜在生态风险指数评价结果显示,广西近岸海域表层沉积物重金属总体处于低风险状态。
  • 图 1  广西近岸海域沉积物监测布点

    Figure 1.  Distribution map of sediment monitoring in Guangxi offshore

    图 2  2005—2020年广西近岸海域表层沉积物重金属含量帕累托图

    Figure 2.  Pareto chart of heavy metal content in surface sediments of Guangxi offshore from 2005 to 2020

    图 3  广西近岸海域表层沉积物地积累指数

    Figure 3.  Geoaccumulation index of surface sediments in Guangxi offshore

    图 4  广西近岸海域表层沉积物潜在生态风险指数评价

    Figure 4.  Potential ecological risk index of surface sediments in Guangxi offshore

    图 5  广西近岸海域表层沉积物潜在生态风险指数 RI

    Figure 5.  Distribution map of potential ecological risk index of surface sediments in Guangxi offshore

    表 1  地累积指数与污染程度分级关系

    Table 1.  Classification of geoaccumulation index ( I geo)

    I geo 污染程度
    $ {I}_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{o}} $ ≤0 无污染
    0< $ {I}_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{o}} $ ≤1 轻度污染
    $ 1 $ < $ {I}_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{o}} $ ≤2 中度污染
    2< $ {I}_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{o}} $ ≤3 中重度污染
    3< $ {I}_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{o}} $ ≤4 重度污染
    4< $ {I}_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{o}} $ ≤5 严重污染
    $ {I}_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{o}} $ >5 极严重污染
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    表 2  潜在生态风险级别划分

    Table 2.  Risk classification of potential ecological risk

    $ {E}_{r}^{i} $ 单项目潜在
    生态风险等级
    $ RI $ 综合潜在生态
    风险等级
    $ {E}_{r}^{i} \lt 40 $ 轻微 $ RI \lt 110 $ 轻微
    $ {40\leqslant E}_{r}^{i} \lt 80 $ 中等 $ 110\leqslant RI \lt 220 $ 中等
    $ {80\leqslant E}_{r}^{i} \lt 160 $ 较高 $ 220\leqslant RI \lt 440 $ 较高
    $ {160\leqslant E}_{r}^{i} \lt 320 $ $ 440\leqslant RI $ 极高
    $ {320\leqslant E}_{r}^{i} $ 极高
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    表 3  广西近岸海域表层沉积物重金属含量统计表

    Table 3.  Statistical of metals content in surface sediments in Guangxi offshore

    元素 多年均值/mg·kg −1 变异系数/(%)
    As 7.12 45.6
    Cu 8.95 62.6
    Pb 17.6 44.9
    Cd 8.45×10 −2 59.0
    Hg 3.59×10 −2 51.3
    Zn 43.6 41.0
    Cr 20.0 45.2
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    表 4  2005-2020年广西近岸海域表层沉积物重金属秩相关系数

    Table 4.  Spearman correlation coefficient of metals in surface sediments in Guangxi offshore from 2005 to 2020

    站位* spearman系数
    As Cu Pb Cd Hg Zn Cr
    1# −0.65 −0.70 −0.64 −0.68 −0.68 −0.66 −0.79
    2# −** −0.78
    3# 0.78 0.64 0.74 0.63 0.68
    4# 0.62 0.59 0.76
    7# 0.58
    10# 0.67
    12# 0.61
    13# 0.68
    14# −0.38 −0.55 −0.74
    17# 0.76 0.60 0.87 0.84 0.67
    18# −0.57 −0.62
    28# −0.64
    29# 0.67
    33# 0.64 0.61
    34# 0.59
    36# 0.58
    40# 0.69 0.60 0.81 0.87
    注:*表示仅列出具有显著变化趋势的站位;**表示2005-2020年,无统计意义上的显著变化
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    表 5  广西近岸海域重金属与沉积环境因子相关系数表

    Table 5.  Pearson correlation coefficient of metals and sedimentary environment factors in Guangxi offshore

    相关系数 As Cu Pb Cd Hg Zn Cr 有机碳 硫化物
    As 1 0.696 ** 0.730 ** 0.591 ** 0.763 ** 0.749 ** 0.730 ** 0.700 ** 0.388 *
    Cu 0.696 ** 1 0.841 ** 0.748 ** 0.860 ** 0.914 ** 0.725 ** 0.790 ** 0.415 **
    Pb 0.730 ** 0.841 ** 1 0.633 ** 0.917 ** 0.918 ** 0.881 ** 0.837 ** 0.342 *
    Cd 0.591 ** 0.748 ** 0.633 ** 1 0.714 ** 0.756 ** 0.586 ** 0.648 ** 0.271
    Hg 0.763 ** 0.860 ** 0.917 ** 0.714 ** 1 0.902 ** 0.889 ** 0.896 ** 0.399 *
    Zn 0.749 ** 0.914 ** 0.918 ** 0.756 ** 0.902 ** 1 0.824 ** 0.811 ** 0.361 *
    Cr 0.730 ** 0.725 ** 0.881 ** 0.586 ** 0.889 ** 0.824 ** 1 0.933 ** 0.405 **
    有机碳 0.700 ** 0.790 ** 0.837 ** 0.648 ** 0.896 ** 0.811 ** 0.933 ** 1 0.493 **
    硫化物 0.388 * 0.415 ** 0.342 * 0.271 0.399 * 0.361 * 0.405 ** 0.493 ** 1
    注:**表示 在0.01 水平(双侧)上显著相关;*表示 在 0.05 水平(双侧)上显著相关
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    表 6  沉积物要素因子载荷量

    Table 6.  Total variance explained of sediment parameters in Guangxi offshore

    公因子 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9
    As 0.66 0.13 −0.01 −0.19 0.67 −0.12 −0.12 0.16 −0.11
    Cu 0.84 0.00 −0.10 0.18 −0.02 0.24 −0.02 −0.32 −0.31
    Pb 0.64 −0.02 −0.37 0.62 0.05 0.06 0.06 0.21 0.12
    Cd 0.46 0.69 0.49 0.13 −0.15 0.02 0.13 0.11 −0.03
    Hg 0.80 0.09 0.03 0.01 −0.22 −0.30 −0.44 −0.11 0.14
    Zn 0.71 0.06 −0.10 −0.38 −0.06 0.55 −0.03 0.05 0.20
    Cr 0.73 −0.18 −0.20 −0.29 −0.38 −0.21 0.13 0.27 −0.19
    有机碳 0.81 −0.11 0.03 −0.10 0.13 −0.27 0.36 −0.26 0.19
    硫化物 0.45 −0.62 0.61 0.15 0.03 0.11 −0.04 0.10 0.00
    特征值λ 4.28 0.93 0.82 0.72 0.69 0.59 0.37 0.35 0.25
    方差贡献率/(%) 47.5 10.4 9.1 8.0 7.6 6.6 4.1 3.9 2.8
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-16
  • 录用日期:  2021-09-08
  • 刊出日期:  2022-06-20

2005-2020年广西近岸海域表层沉积物重金属含量特征及风险评价

    作者简介:闭文妮(1985-),女,广西南宁人,硕士研究生,高级工程师,主要从事海洋环境监测与评价,E-mail: 494303976@qq.com
    通讯作者: 蓝文陆(1980-),男,广西河池人,博士,正高级工程师,主要从事海洋环境监测与研究,E-mail: dr.lan@139.com
  • 广西壮族自治区海洋环境监测中心站,广西 北海 536000
基金项目: 广西科技计划项目(桂科AD19110140;桂科AB18126075)

摘要: 为了了解近15年来广西近岸海域表层沉积物的环境质量状况,本研究应用2005-2020年广西近岸海域表层沉积物重金属数据,运用统计、相关分析、因子分析及风险评价等方法,对广西近岸海域表层沉积物的重金属含量特征、变化趋势及生态风险进行了分析。分析结果表明:2005-2020年,广西近岸海域表层沉积物99.0%的As、98.1%的Cu、99.0%的Pb、99.6%的Cd、100%的Hg、97.9%的Zn、100%的Cr含量低于《海洋沉积物质量标准》(GB 18668—2002)的一类标准限值要求,且58%的站位沉积物重金属含量近15年来无统计意义上的年际变化。地累积指数评价结果显示,广西近岸海域约37.5%的站位表层沉积物存在轻度−中度污染,Hg、As及Cd是主要污染因子;潜在生态风险指数评价结果显示,广西近岸海域表层沉积物重金属总体处于低风险状态。

English Abstract

  • 海洋沉积物作为海洋生态系统的重要组成部分,既是入海污染物的汇,也是海水污染物的源。其中,重金属作为海洋沉积物重要的环境质量指征备受关注。20世纪初广西北部湾经济发轫,大量污染物伴随人类活动进入近岸海域水体,进而通过吸附和沉降富集于沉积物中,造成了近岸沉积环境质量的变化。因此,开展广西近岸海域沉积物重金属的潜在风险研究,分析和评价人类活动对沉积物环境质量的影响,对海洋环境保护及海洋环境管理具有重要的现实意义。

    目前,广西近岸海域沉积物重金属含量和生态风险评价的研究已有相关文献报道,王恩康等人 [ 1- 4] 对广西钦州湾、茅尾海和防城港沉积物中的重金属污染现状及潜在生态风险进行了研究;刘保良等 [ 5- 6] 对广西近岸海域沉积物重金属含量的空间分布进行了报道。然而,现有文献报道大多局限于短时间序列和局部海域的调查分析,缺乏对整个广西近岸海域沉积物的定点、长时间序列的研究。本研究以2005-2020年沉积物重金属监测数据为基础,分析了广西近岸海域表层沉积物重金属的含量特征及环境风险,旨在为广西重金属污染防控提供有益参考。

    • 广西近岸海域位于北部湾北部,毗邻北海、钦州、防城港三市,西起中越边境的北仑河口,东与广东省英罗港接壤。广西近岸海域表层沉积物类型以粉砂质砂(占比32.5%)和砂(占比25.0%)为主。

    • 本研究收集了2005-2020年广西近岸海域40个站位的表层沉积物监测数据。数据来源于广西壮族自治区海洋环境监测中心站历年海洋表层沉积物例行监测(其中,2020年沉积物样品采集时间为7月-8月,其他年份样品采集时间为每年的3月-4月),站位分布详见 图1

      图  1  广西近岸海域沉积物监测布点

      Figure 1.  Distribution map of sediment monitoring in Guangxi offshore

      表层沉积物的采集、保存和运输均按《海洋监测规范》(GB 17378.3)的相关要求进行。沉积物采集使用抓斗式采泥器,所有表层沉积物样品采集后用广口硼硅玻璃瓶(Hg)和聚乙烯自封口袋(As、Cu、Pb、Zn、Cd、Cr)贮存带回实验室处理。

    • 沉积物样品(As、Cu、Pb、Zn、Cd、Cr)经风干、研磨后,过160目(96 μm)尼龙筛后制成干样,待分析;Hg分析湿样。

      表层沉积物重金属元素的消解按《海洋监测规范》(GB17378.5)的相关要求进行。其中,Cu、Pb、Zn、Cd、Cr元素的分析方法为原子吸收分光光度计法(2005-2016年)及电感耦合等离子体质谱仪法(2017-2020年);Hg、As元素的测定方法为原子荧光法。每批次样品均以近海海洋沉积物成分分析标准物质(GBW07314)进行质量控制。

    • 广西近岸海域表层沉积物污染程度采用地累积指数( I geo)进行评价,如式(1)所示。地累积指数将重金属污染级别划分为7个等级 [ 7] 表1)。

      I geo 污染程度
      $ {I}_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{o}} $ ≤0 无污染
      0< $ {I}_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{o}} $ ≤1 轻度污染
      $ 1 $ < $ {I}_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{o}} $ ≤2 中度污染
      2< $ {I}_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{o}} $ ≤3 中重度污染
      3< $ {I}_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{o}} $ ≤4 重度污染
      4< $ {I}_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{o}} $ ≤5 严重污染
      $ {I}_{\mathrm{g}\mathrm{e}\mathrm{o}} $ >5 极严重污染

      表 1  地累积指数与污染程度分级关系

      Table 1.  Classification of geoaccumulation index ( I geo)

      式中: C n 为重金属测定含量(mg/kg),其中 n={Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As,Hg}; B n 为重金属的地球化学背景值(mg/kg),本研究以北部湾区域沉积物中Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As及Hg的背景值作为评价基线 [ 8- 9] ,取值分别为15.8 mg/kg、28.9 mg/kg、75.8 mg/kg、39.9 mg/kg、0.09 mg/kg、7.8 mg/kg及0.029 mg/kg; k为成岩作用影响背景值变动的校准系数 [ 7] ,取值1.5。

    • 本研究应用潜在生态风险指数法 [ 10] 对广西近岸海域表层沉积物进行综合生态风险评价,计算公式如下:

      式中: $ {E}_{r}^{i} $ 为单个重金属元素的潜在生态危害指数,其中 i={Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As,Hg}; $ {C}_{r}^{i} $ 为沉积物重金属含量的测定值; $ {C}_{n}^{i} $ 为评价区域沉积物重金属含量背景参考值,由于不同文献来源的沉积物背景值差异对评价结果影响较大 [ 11] ,且沉积物重金属背景值未考虑生物效应 [ 12] ,而基于沉积物生态毒性的沉积物基准值更适用于风险评价,故本研究采用沉积物质量基准值作为背景参考值(取整)进行评价,Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As及Hg的沉积物质量基准值分别取36 mg/kg、51 mg/kg、188 mg/kg、48 mg/kg、3.0 mg/kg、20 mg/kg及1.7 mg/kg [ 13] $ {T}_{r}^{i} $ 为各重金属的毒性响应因子,Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As及Hg分别赋值为5、5、1、2、30、10、40 [ 10] $ RI $ 为多种重金属指标的综合潜在生态危害指数,表示重金属元素总体的潜在生态危害,其评价等级划分如 表2所示(评价等级划分根据文献[ 10]的评价指标体系进行相应的调整 [ 14] )。

      $ {E}_{r}^{i} $ 单项目潜在
      生态风险等级
      $ RI $ 综合潜在生态
      风险等级
      $ {E}_{r}^{i} \lt 40 $ 轻微 $ RI \lt 110 $ 轻微
      $ {40\leqslant E}_{r}^{i} \lt 80 $ 中等 $ 110\leqslant RI \lt 220 $ 中等
      $ {80\leqslant E}_{r}^{i} \lt 160 $ 较高 $ 220\leqslant RI \lt 440 $ 较高
      $ {160\leqslant E}_{r}^{i} \lt 320 $ $ 440\leqslant RI $ 极高
      $ {320\leqslant E}_{r}^{i} $ 极高

      表 2  潜在生态风险级别划分

      Table 2.  Risk classification of potential ecological risk

    • 采用WPS Office、SPSS19软件进行数据处理分析;采用Surfer11软件制图。

    • 广西近岸海域表层沉积物各重金属含量多年均值( 表3)均满足《海洋沉积物质量标准》(GB 18668—2002)的一类标准(以下简称标准)限值要求。

      元素 多年均值/mg·kg −1 变异系数/(%)
      As 7.12 45.6
      Cu 8.95 62.6
      Pb 17.6 44.9
      Cd 8.45×10 −2 59.0
      Hg 3.59×10 −2 51.3
      Zn 43.6 41.0
      Cr 20.0 45.2

      表 3  广西近岸海域表层沉积物重金属含量统计表

      Table 3.  Statistical of metals content in surface sediments in Guangxi offshore

      将各站位历年监测数据按大小排序绘制帕累托图( 图2),统计结果表明:2005-2020年,广西近岸海域表层沉积物重金属含量普遍较低,除Cd曾出现超二类标准限值的情况外,其余重金属含量均低于二类标准限值。80.0%的As含量小于12.3 mg/kg,约1%的As含量超过20 mg/kg,此类站位主要分布在北海港港区(16#、25#)及钦州湾海域(6#、9#、39#);80%的Cu含量小于4.0 mg/kg,约1.9%的Cu含量超过35.0 mg/kg,相似地,此类站位主要分布在北海港港区(25#、26#)、钦州湾海域(6#)及防城港海域(8#、14#);80%的Pb含量小于21.9 mg/kg,约1%的Pb含量超过60.0 mg/kg,此类站位主要分布在北海港港区(25#、26#)、企沙半岛外海(17#),其中,北海港港区沉积物为Pb含量最高值所在海域;80%的Cd含量小于0.06 mg/kg,仅有一组数据显示Cd含量超过1.50 mg/kg,该站位位于防城港航道疏浚倾倒区海域(27#);80%的Hg含量小于0.036 mg/kg,Hg含量的最高值为0.191 mg/kg,位于防城港航道疏浚倾倒区(27#),次高值位于北海港港区(25#);80%的Zn含量小于50.6 mg/kg,约2.1%的Zn含量超过150.0 mg/kg;80%的Cr含量小于21.4 mg/kg,Cr含量的最高值为73.0 mg/kg,位于钦州港金鼓江污水深海排放区(38#),次高值位于钦州湾三墩海域(7#)。

      图  2  2005—2020年广西近岸海域表层沉积物重金属含量帕累托图

      Figure 2.  Pareto chart of heavy metal content in surface sediments of Guangxi offshore from 2005 to 2020

    • 2005-2020年,各站位重金属的Spearman秩相关性分析结果表明,约58%的站位重金属含量近15年来无统计意义上的变化趋势;而在具有显著年际变化趋势的站位中,同一站位的重金属均呈相同的变化趋势( 表4)。

      站位* spearman系数
      As Cu Pb Cd Hg Zn Cr
      1# −0.65 −0.70 −0.64 −0.68 −0.68 −0.66 −0.79
      2# −** −0.78
      3# 0.78 0.64 0.74 0.63 0.68
      4# 0.62 0.59 0.76
      7# 0.58
      10# 0.67
      12# 0.61
      13# 0.68
      14# −0.38 −0.55 −0.74
      17# 0.76 0.60 0.87 0.84 0.67
      18# −0.57 −0.62
      28# −0.64
      29# 0.67
      33# 0.64 0.61
      34# 0.59
      36# 0.58
      40# 0.69 0.60 0.81 0.87
      注:*表示仅列出具有显著变化趋势的站位;**表示2005-2020年,无统计意义上的显著变化

      表 4  2005-2020年广西近岸海域表层沉积物重金属秩相关系数

      Table 4.  Spearman correlation coefficient of metals in surface sediments in Guangxi offshore from 2005 to 2020

      沉积物重金属含量年际变化显著的海域主要分布在茅尾海(3#、4#、40#)、企沙外海(17#)及北海南岸海域(1#)。其中,1#站位各重金属含量呈明显下降趋势;而17#站位各重金属含量呈明显上升趋势;特别地,受入海河流和城市排污输入的影响,茅尾海海域3#、4#及40#站位的部分重金属含量呈现上升趋势,而同处茅尾海的39#站位的重金属含量则无显著变化趋势。推测其原因为:(1)该站位沉积物质地类型属于粉砂质沉积物(详见 图1),不易吸附重金属;(2)该站位毗邻钦江入海口,水力冲刷强,不易沉积重金属。

    • 对广西近岸海域表层沉积物各重金属含量、硫化物及有机碳进行Pearson相关分析,分析结果( 表5)显示,有机碳含量与重金属含量呈显著正相关性;硫化物含量与各重金属间的相关性不强;各重金属间相互呈显著正相关性。这反映了在广西近岸海域沉积物中,有机碳含量的多寡是影响重金属沉积富集的重要因素,同时沉积物中部分重金属具有同源性 [ 15- 16]

      相关系数 As Cu Pb Cd Hg Zn Cr 有机碳 硫化物
      As 1 0.696 ** 0.730 ** 0.591 ** 0.763 ** 0.749 ** 0.730 ** 0.700 ** 0.388 *
      Cu 0.696 ** 1 0.841 ** 0.748 ** 0.860 ** 0.914 ** 0.725 ** 0.790 ** 0.415 **
      Pb 0.730 ** 0.841 ** 1 0.633 ** 0.917 ** 0.918 ** 0.881 ** 0.837 ** 0.342 *
      Cd 0.591 ** 0.748 ** 0.633 ** 1 0.714 ** 0.756 ** 0.586 ** 0.648 ** 0.271
      Hg 0.763 ** 0.860 ** 0.917 ** 0.714 ** 1 0.902 ** 0.889 ** 0.896 ** 0.399 *
      Zn 0.749 ** 0.914 ** 0.918 ** 0.756 ** 0.902 ** 1 0.824 ** 0.811 ** 0.361 *
      Cr 0.730 ** 0.725 ** 0.881 ** 0.586 ** 0.889 ** 0.824 ** 1 0.933 ** 0.405 **
      有机碳 0.700 ** 0.790 ** 0.837 ** 0.648 ** 0.896 ** 0.811 ** 0.933 ** 1 0.493 **
      硫化物 0.388 * 0.415 ** 0.342 * 0.271 0.399 * 0.361 * 0.405 ** 0.493 ** 1
      注:**表示 在0.01 水平(双侧)上显著相关;*表示 在 0.05 水平(双侧)上显著相关

      表 5  广西近岸海域重金属与沉积环境因子相关系数表

      Table 5.  Pearson correlation coefficient of metals and sedimentary environment factors in Guangxi offshore

      此外,广西近岸海域表层沉积物重金属含量除受输入源强影响外,亦受沉积物粒级影响。在涉重冶炼企业附近海域−企沙半岛的17#海域,因沉积物粒径更小( 图1),其重金属含量近15年来呈显著的上升趋势;而同为临近涉重冶炼企业的2#、23#海域则因沉积物粒径稍大,其重金属含量无显著的上升趋势。同样地,在受河口影响的海域,沉积物粒径更小的3#、4#及40#站位比39#站位富集了更多的重金属,且具有显著的年际升高趋势。

    • 本节应用PCA分析对广西近岸海域表层沉积物的重金属来源进行探讨 [ 17- 18] 。调用SPSS19因子分析程序,以主成分分析法抽取公因子,对2005-2020年各站位沉积物重金属数据进行因子分析。分析结果显示,以特征值大于1的抽取标准只抽取了1个公因子,累计综合了原数据矩阵47.5%的信息( 表6)。第一公因子(F1)在As、Cu、Pb、Hg、Zn、Cr及有机碳上有较大的载荷,相关分析( 表5)表明,As、Cu、Pb、Hg、Zn、Cr元素间呈显著的正相关性,具有同源性;同时,根据2016-2020年入海污染源的监测统计,广西近岸海域重金属入海通量为31~51 t/a,其中,经由入海河流输入的重金属占比达93.9%~98.1%;广西沿海区域农业结构相似,生活风俗习惯相近,排放的重金属类型具有“同源性”的可能性更大,同时,农业、生活污染源多经由河流、沟渠最终入海。因此,推断F1反映的是广西沿海农业、生活污染源对沉积物的影响因素。F2-F9的特征值均小于1,对数据的归纳解析不足。这也从另一侧面反映了广西近岸海域表层沉积物重金属来源多样,沿海农业、生活污染源仅解析了其47.5%的来源。

      公因子 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9
      As 0.66 0.13 −0.01 −0.19 0.67 −0.12 −0.12 0.16 −0.11
      Cu 0.84 0.00 −0.10 0.18 −0.02 0.24 −0.02 −0.32 −0.31
      Pb 0.64 −0.02 −0.37 0.62 0.05 0.06 0.06 0.21 0.12
      Cd 0.46 0.69 0.49 0.13 −0.15 0.02 0.13 0.11 −0.03
      Hg 0.80 0.09 0.03 0.01 −0.22 −0.30 −0.44 −0.11 0.14
      Zn 0.71 0.06 −0.10 −0.38 −0.06 0.55 −0.03 0.05 0.20
      Cr 0.73 −0.18 −0.20 −0.29 −0.38 −0.21 0.13 0.27 −0.19
      有机碳 0.81 −0.11 0.03 −0.10 0.13 −0.27 0.36 −0.26 0.19
      硫化物 0.45 −0.62 0.61 0.15 0.03 0.11 −0.04 0.10 0.00
      特征值λ 4.28 0.93 0.82 0.72 0.69 0.59 0.37 0.35 0.25
      方差贡献率/(%) 47.5 10.4 9.1 8.0 7.6 6.6 4.1 3.9 2.8

      表 6  沉积物要素因子载荷量

      Table 6.  Total variance explained of sediment parameters in Guangxi offshore

    • 将各站位重金属含量多年均值按沉积物地累积指数法进行评价,旨在评价基于背景值基线的广西近岸海域表层沉积物重金属的污染程度。评价结果表明( 图3),在污染因子方面,Pb、Zn及Cr均处于无污染状态;在广西近岸海域表层沉积物中,有11个站位的Hg处于轻度污染状态,As、Cd、Cu次之,分别有5个、3个、1个站位的表层沉积物处于轻度污染状态。

      图  3  广西近岸海域表层沉积物地积累指数

      Figure 3.  Geoaccumulation index of surface sediments in Guangxi offshore

      结果显示,约37.5%的站位处于轻度−中度污染状态,其中,25#站位有3种重金属指标处于轻度污染状态,其次是6#站位、27#站位,分别有3种、1种元素处于轻度污染状态。处于中度污染状态的站位有两个:(1)北海港港区25#站位,Hg处于中等污染状态,25#站位毗邻小型船舶修造海域,推测该处沉积物Hg的污染与船舶防污漆有关 [ 19] ;(2)防城港航道疏浚倾倒区27#站位,Cd处于中度污染状态,这与该站位沉积物扰动不无关系。

    • 本研究以各站位重金属含量多年均值,应用沉积物潜在生态风险指数法评价了广西近岸海域表层沉积物基于生态毒性的环境风险。评价结果表明( 图4),广西近岸海域表层沉积物的综合潜在生态风险程度均处于轻微风险等级。广西近岸海域表层沉积物潜在生态风险指数 RI高值区域主要分布在北海港区海域(25#)、防城港航道疏浚倾倒区(27#)及其临近海域(31#)、龙门港区海域(6#)、犀牛角海域(11#)( 图5)。

      特别地,相对其他重金属而言,广西近岸海域表层沉积物中As的潜在生态风险较大,在广西近岸海域各站位的综合潜在生态风险指数 RI中,As的贡献率可达32%~61%,As的潜在生态风险在各站位的综合潜在生态风险中起决定性作用。

      图  4  广西近岸海域表层沉积物潜在生态风险指数评价

      Figure 4.  Potential ecological risk index of surface sediments in Guangxi offshore

      图  5  广西近岸海域表层沉积物潜在生态风险指数 RI

      Figure 5.  Distribution map of potential ecological risk index of surface sediments in Guangxi offshore

    • (1)广西近岸海域表层沉积物各重金属含量普遍较低。2005-2020年,除Cd出现一次超二类标准限值的情况外,其余重金属含量均低于二类标准限值。其中,99.0%的As、98.1%的Cu、99.0%的Pb、99.6%的Cd、100%的Hg、97.9%的Zn及100%的Cr含量均符合一类标准限值要求。

      (2)2005-2020年,广西近岸海域表层沉积物中重金属含量基本保持稳定,其中,30%的站位重金属含量呈现上升趋势,12.5%的站位呈现下降趋势。广西近岸海域表层沉积物重金属主要来源于沿海农业、生活污染源。

      (3)地累积指数评价结果表明,广西近岸海域表层沉积物重金属总体处于较低污染程度。

      (4)潜在生态风险指数评价结果表明,广西近岸海域表层沉积物中重金属总体处于低风险状态。

参考文献 (19)

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