沉积物重金属及生态环境评估范文

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1样品测试

实验检测中心采用X荧光光谱法(XRF)测定Al2O3、Cu、Pb、Zn;等离子质谱法(ICP-MS)测定Cr、Cd;原子荧光光谱法(AF)测定As、Hg;容量法(VOL)测定TOC，粒度分析仪(Mastersizer2000)测定沉积物的粒度组成。分析结果的判别标准执行《地质矿产实验室测试质量管理规范》(DZ/T0130-2006)。

2结果与讨论

2．1重金属分布特征与来源分析

2．1．1重金属含量根据《中华人民共和国海洋沉积物质量规范》(GB18668-2002)，对Cu、Pb、Zn、Cr、As、Hg和Cd等7种元素的含量进行分析评价，统计特征见表1。由表1可以看出，Cu、Pb、Zn、Cr、As、Hg、Cd等7种元素平均含量分别为21．96×10－6、21.99×10－6、60．41×10－6、60．00×10－6、12．64×10－6、0．051×10－6、0．12×10－6;重金属平均含量均小于一类标准，最大值均小于二类标准，其中Cu、As、Hg元素最大值稍高于一类标准;Hg元素的变异系数为0．49，而其余元素的系数均小于0．35，说明Hg元素空间分布相对不均匀、离散性较大，其他元素空间分布较均匀、离散性较小。研究区表层沉积物中重金属元素Cu、Pb、Zn、Cr、As、Hg和Cd等7种元素的平均值与渤海值相近，与中国海域差距较大，为了直观的反映元素的贫化与富集程度，一般采用富集系数K(本地区沉积物中与其他地区沉积物中含量的比值)来比较［26］(表2)。一般认为K=0．75～1．5时为接近，K＜0．75时为贫化，K=0．5～0．75时为弱贫化，K＜0．25时为异常贫化;K＞1．5时为富集，K=1．5～2时为弱富集，K=2～4时为强富集，K＞4时为异常富集。(1)与黄河沉积物相比，所有元素的富集系数都大于1，其中Pb、Cr的富集系数为1．00～1.5，与黄河沉积物接近，Cu、Zn、As、Cd和Hg的富集系数均大于1．5，为富集。黄河沉积物可能是该区重金属的来源之一。(2)与渤海相比，所有元素的K值都在0．75～1．5之间，为接近。(3)与中国近海相比，Cu、Pb、Zn、Cr的富集系数在0．75～1．5之间，为接近，As、Hg、Cd的富集系数大于1．5，为富集。(4)与国际海域相比，这些元素的K值都小于0．75，为弱贫化。将本次研究数据与历年数据比较，如表3。近十年，Cu元素平均含量明显增加，Cd元素平均含量先减少后增加，Hg元素平均含量略有减少，其余元素平均含量增速减慢，总体上莱州湾海域的污染有上升趋势，但增速减缓。

2．1．2重金属分布特征Cu、Pb、Zn、Cr、As、Hg和Cd等重金属含量分布见图2。由图2可以看出，Cu、Pb、Zn分布特征相近，均在东北部海域有两个高值区，西部海域有3个高值区，各高值区分布相对独立，未连接成片，其中西部海域的3个高值区分别是黄河入海口附近海域、老黄河入海口附近海域及小清河入海口附近海域。Cr、Cd分布特征相近，黄河入海口附近海域含量最高，其次老黄河入海口附近海域及小清河入海口附近海域连接成片、含量较高，东南部海域含量最低。As、Hg分布特征相近，小清河入海口附近海域及老黄河入海口附近海域连接成片、含量最高，其次黄河入海口附近海域含量较高，其他海域含量较低。从总体上看，空间分布特征表现为重金属高值区在莱州湾的西部海域。沉积物中重金属含量分布特征与海湾的水动力要素、沿岸河流注入、沿岸生活污水排放、沿岸工业废物的排放等条件有关［28］。莱州湾表层沉积物中重金属的空间分布特征与湾内潮流运动规律和入海河流有着直接的关系［24］。莱州湾西部海域潮流运动以往复流为主，黄河口淡水径流沿岸向南扩散，小清河口等淡水径流向北扩散，在莱州湾西部海域形成相对低盐度区，集中了高浊度的水，由河流入海的悬浮泥沙及其污染物在此沉积［24，29-32］。其中重金属Cr、As、Hg、Cd元素在莱州湾西部海域的分布与往复流的特征相似，大体呈现由西南向东北方向运动，与分析相吻合，可见来自莱州湾西部的陆源性输入和湾内潮流运动规律是造成这种分布趋势的影响因素。据国家海洋局统计，2009年黄河、小清河携带入海的重金属污染物分别为731t和68t［33］，2011年黄河、小清河携带入海的重金属污染物分别为687t和388t［16］。莱州湾东南海域重金属含量较少，可能与沿岸入海河流较少有关。

2．1．3重金属来源分析采用数理统计软件SPSS14．0做重金属间的Pearson(皮尔逊)相关性分析，同时为考察重金属来源等，特分析重金属与粒径(＜0．0625mm)、Al2O3、TOC之间的相关性。由表4可以看出，粒径(＜0．0625mm)与TOC相关性为0．72，这与其他研究结果表明的TOC主要富集在细颗粒沉积物中一致［34-35］。沉积物粒度和TOC含量是控制沉积物重金属分布特征重要的两个参数［36］。一方面，沉积物粒径较细，比表面积较大，对重金属离子具有较大的表面吸附和离子吸附能力［37］。另一方面，沉积物中的TOC具有大量不同的功能团、较高的阳离子交换量和较大的表面积，它们通过表面络合、离子交换和表面沉淀3种方式吸附重金属元素，因而TOC含量高的沉积物对重金属的吸附量也较高［38］。研究区内粒径(＜0．0625mm)、TOC与重金属相关性均呈一定的正相关，说明重金属易与TOC通过表面络合等方式，并吸附于细颗粒沉积物中。Al2O3是大陆分化产物，在地壳中较稳定，多数学者认为Al从大陆到海洋是一个相对稳定的元素，并将其作为海洋中陆源成分的指标。因此，可利用元素与Al的相关性来判断沉积物中某元素的来源［39-40］。Al2O3与Cu、Pb、Zn元素相关性均大于0．8，与Cr、Cd元素相关性大于0．5，与As、Hg元素相关性不显著。这表明研究区内重金属Cu、Pb、Zn主要来源于岩石的自然风化和侵蚀过程，Cr、Cd既有来自岩石的自然风化和侵蚀过程，也有一部分人为活动的贡献，而As、Hg主要受人为活动影响，如工业废水和生活污水的排放等。同时，Cu、Pb、Zn元素之间具有显著的相关性，Cr、Cd元素之间具有显著的相关性，As、Hg元素之间具有显著的相关性，说明其具有同源性，这与重金属的物质来源相吻合。

2．2重金属环境质量评价

2．2．1尼梅罗综合指数法尼梅罗指数法是美国叙拉古大学尼梅罗教授提出的一种兼顾极值的评价方法，也是目前国内外进行综合污染指数计算最常用的多因子综合

评价方法。其中:ρi为沉积物中i污染物的实测浓度值;Si为沉积物中i污染物的评价标准，即背景值。背景值的选择国内外无统一标准，采用不同的背景值对富集系数和评价结果影响较大［42］。为避免大尺度背景值造成的偏差，结合本文研究成果，选取《中国浅海沉积物地球化学》［25］中的渤海沉积物重金属的背景值当做评价标准(表1)。尼梅罗综合污染指数和污染程度之间的关系如表5所示。

2．2．2评价运用尼梅罗综合指数法对表层沉积物中的Cu、Pb、Zn、Cr、As、Hg和Cd元素进行评价。评价结果表明，6．5%的测点P值在＜1的范围内，表现为无污染区，分布在莱州湾的东南海域(见图4);3．9%的测点P值在2．5到7之间，表现为中度污染，零星分布在莱州湾西部海域;其余89.6%的海域轻度污染。总体上，小清河入海口附近海域、老黄河入海口附近海域和黄河入海口附近海域污染指数最高，莱州湾东南海域污染指数最低，呈西高东低的趋势。

3结论

(1)本研究区Cu、Pb、Zn、Cr、As、Hg、Cd等7种元素平均含量分别为21．96×10－6、21．99×10－6、60．41×10－6、60．00×10－6、12．64×10－6、0．051×10－6、0．12×10－6。重金属平均含量均小于国家海洋沉积物质量规范一类标准，最大值也均低于二类标准。(2)Cu、Pb、Zn分布特征相近，Cr、Cd分布特征相近，As、Hg分布特征相近。空间分布特征整体表现为重金属高值区在莱州湾的西部海域，来自莱州湾西部的陆源性输入和湾内潮流运动规律是造成这种分布趋势的影响因素。(3)重金属Cu、Pb、Zn主要来源于岩石的自然风化和侵蚀过程，Cr、Cd既有来自岩石的自然风化和侵蚀过程，也有一部分人为活动的贡献，而As、Hg主要受人为活动影响，如工业废水和生活污水的排放等。(4)小清河入海口附近海域、老黄河入海口附近海域和黄河入海口附近海域污染指数最高，莱州湾东南海域污染指数最低，呈西高东低的趋势，89．6%的海域轻度污染。

作者：郑懿珉 高茂生 刘森  赵金明 郭飞 王常明 单位： 国土资源部 海洋油气资源和环境地质重点实验室，青岛海洋地质研究所 吉林大学建设工程学院 中国冶金地质总局青岛地质勘察院 山东省第四地质矿产勘查院  中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院