沉積物重金屬及生態(tài)環(huán)境評估范文

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1樣品測試

實(shí)驗(yàn)檢測中心采用X熒光光譜法(XRF)測定Al2O3、Cu、Pb、Zn;等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)測定Cr、Cd;原子熒光光譜法(AF)測定As、Hg;容量法(VOL)測定TOC，粒度分析儀(Mastersizer2000)測定沉積物的粒度組成。分析結(jié)果的判別標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測試質(zhì)量管理規(guī)范》(DZ/T0130-2006)。

2結(jié)果與討論

2．1重金屬分布特征與來源分析

2．1．1重金屬含量根據(jù)《中華人民共和國海洋沉積物質(zhì)量規(guī)范》(GB18668-2002)，對Cu、Pb、Zn、Cr、As、Hg和Cd等7種元素的含量進(jìn)行分析評價(jià)，統(tǒng)計(jì)特征見表1。由表1可以看出，Cu、Pb、Zn、Cr、As、Hg、Cd等7種元素平均含量分別為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;重金屬平均含量均小于一類標(biāo)準(zhǔn)，最大值均小于二類標(biāo)準(zhǔn)，其中Cu、As、Hg元素最大值稍高于一類標(biāo)準(zhǔn);Hg元素的變異系數(shù)為0．49，而其余元素的系數(shù)均小于0．35，說明Hg元素空間分布相對不均勻、離散性較大，其他元素空間分布較均勻、離散性較小。研究區(qū)表層沉積物中重金屬元素Cu、Pb、Zn、Cr、As、Hg和Cd等7種元素的平均值與渤海值相近，與中國海域差距較大，為了直觀的反映元素的貧化與富集程度，一般采用富集系數(shù)K(本地區(qū)沉積物中與其他地區(qū)沉積物中含量的比值)來比較［26］(表2)。一般認(rèn)為K=0．75～1．5時(shí)為接近，K＜0．75時(shí)為貧化，K=0．5～0．75時(shí)為弱貧化，K＜0．25時(shí)為異常貧化;K＞1．5時(shí)為富集，K=1．5～2時(shí)為弱富集，K=2～4時(shí)為強(qiáng)富集，K＞4時(shí)為異常富集。(1)與黃河沉積物相比，所有元素的富集系數(shù)都大于1，其中Pb、Cr的富集系數(shù)為1．00～1.5，與黃河沉積物接近，Cu、Zn、As、Cd和Hg的富集系數(shù)均大于1．5，為富集。黃河沉積物可能是該區(qū)重金屬的來源之一。(2)與渤海相比，所有元素的K值都在0．75～1．5之間，為接近。(3)與中國近海相比，Cu、Pb、Zn、Cr的富集系數(shù)在0．75～1．5之間，為接近，As、Hg、Cd的富集系數(shù)大于1．5，為富集。(4)與國際海域相比，這些元素的K值都小于0．75，為弱貧化。將本次研究數(shù)據(jù)與歷年數(shù)據(jù)比較，如表3。近十年，Cu元素平均含量明顯增加，Cd元素平均含量先減少后增加，Hg元素平均含量略有減少，其余元素平均含量增速減慢，總體上萊州灣海域的污染有上升趨勢，但增速減緩。

2．1．2重金屬分布特征Cu、Pb、Zn、Cr、As、Hg和Cd等重金屬含量分布見圖2。由圖2可以看出，Cu、Pb、Zn分布特征相近，均在東北部海域有兩個(gè)高值區(qū)，西部海域有3個(gè)高值區(qū)，各高值區(qū)分布相對獨(dú)立，未連接成片，其中西部海域的3個(gè)高值區(qū)分別是黃河入海口附近海域、老黃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，黃河入海口附近海域含量最高，其次老黃河入海口附近海域及小清河入海口附近海域連接成片、含量較高，東南部海域含量最低。As、Hg分布特征相近，小清河入海口附近海域及老黃河入海口附近海域連接成片、含量最高，其次黃河入海口附近海域含量較高，其他海域含量較低。從總體上看，空間分布特征表現(xiàn)為重金屬高值區(qū)在萊州灣的西部海域。沉積物中重金屬含量分布特征與海灣的水動(dòng)力要素、沿岸河流注入、沿岸生活污水排放、沿岸工業(yè)廢物的排放等條件有關(guān)［28］。萊州灣表層沉積物中重金屬的空間分布特征與灣內(nèi)潮流運(yùn)動(dòng)規(guī)律和入海河流有著直接的關(guān)系［24］。萊州灣西部海域潮流運(yùn)動(dòng)以往復(fù)流為主，黃河口淡水徑流沿岸向南擴(kuò)散，小清河口等淡水徑流向北擴(kuò)散，在萊州灣西部海域形成相對低鹽度區(qū)，集中了高濁度的水，由河流入海的懸浮泥沙及其污染物在此沉積［24，29-32］。其中重金屬Cr、As、Hg、Cd元素在萊州灣西部海域的分布與往復(fù)流的特征相似，大體呈現(xiàn)由西南向東北方向運(yùn)動(dòng)，與分析相吻合，可見來自萊州灣西部的陸源性輸入和灣內(nèi)潮流運(yùn)動(dòng)規(guī)律是造成這種分布趨勢的影響因素。據(jù)國家海洋局統(tǒng)計(jì)，2009年黃河、小清河攜帶入海的重金屬污染物分別為731t和68t［33］，2011年黃河、小清河攜帶入海的重金屬污染物分別為687t和388t［16］。萊州灣東南海域重金屬含量較少，可能與沿岸入海河流較少有關(guān)。

2．1．3重金屬來源分析采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件SPSS14．0做重金屬間的Pearson(皮爾遜)相關(guān)性分析，同時(shí)為考察重金屬來源等，特分析重金屬與粒徑(＜0．0625mm)、Al2O3、TOC之間的相關(guān)性。由表4可以看出，粒徑(＜0．0625mm)與TOC相關(guān)性為0．72，這與其他研究結(jié)果表明的TOC主要富集在細(xì)顆粒沉積物中一致［34-35］。沉積物粒度和TOC含量是控制沉積物重金屬分布特征重要的兩個(gè)參數(shù)［36］。一方面，沉積物粒徑較細(xì)，比表面積較大，對重金屬離子具有較大的表面吸附和離子吸附能力［37］。另一方面，沉積物中的TOC具有大量不同的功能團(tuán)、較高的陽離子交換量和較大的表面積，它們通過表面絡(luò)合、離子交換和表面沉淀3種方式吸附重金屬元素，因而TOC含量高的沉積物對重金屬的吸附量也較高［38］。研究區(qū)內(nèi)粒徑(＜0．0625mm)、TOC與重金屬相關(guān)性均呈一定的正相關(guān)，說明重金屬易與TOC通過表面絡(luò)合等方式，并吸附于細(xì)顆粒沉積物中。Al2O3是大陸分化產(chǎn)物，在地殼中較穩(wěn)定，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為Al從大陸到海洋是一個(gè)相對穩(wěn)定的元素，并將其作為海洋中陸源成分的指標(biāo)。因此，可利用元素與Al的相關(guān)性來判斷沉積物中某元素的來源［39-40］。Al2O3與Cu、Pb、Zn元素相關(guān)性均大于0．8，與Cr、Cd元素相關(guān)性大于0．5，與As、Hg元素相關(guān)性不顯著。這表明研究區(qū)內(nèi)重金屬Cu、Pb、Zn主要來源于巖石的自然風(fēng)化和侵蝕過程，Cr、Cd既有來自巖石的自然風(fēng)化和侵蝕過程，也有一部分人為活動(dòng)的貢獻(xiàn)，而As、Hg主要受人為活動(dòng)影響，如工業(yè)廢水和生活污水的排放等。同時(shí)，Cu、Pb、Zn元素之間具有顯著的相關(guān)性，Cr、Cd元素之間具有顯著的相關(guān)性，As、Hg元素之間具有顯著的相關(guān)性，說明其具有同源性，這與重金屬的物質(zhì)來源相吻合。

2．2重金屬環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

2．2．1尼梅羅綜合指數(shù)法尼梅羅指數(shù)法是美國敘拉古大學(xué)尼梅羅教授提出的一種兼顧極值的評價(jià)方法，也是目前國內(nèi)外進(jìn)行綜合污染指數(shù)計(jì)算最常用的多因子綜合

評價(jià)方法。其中:ρi為沉積物中i污染物的實(shí)測濃度值;Si為沉積物中i污染物的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即背景值。背景值的選擇國內(nèi)外無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，采用不同的背景值對富集系數(shù)和評價(jià)結(jié)果影響較大［42］。為避免大尺度背景值造成的偏差，結(jié)合本文研究成果，選取《中國淺海沉積物地球化學(xué)》［25］中的渤海沉積物重金屬的背景值當(dāng)做評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1)。尼梅羅綜合污染指數(shù)和污染程度之間的關(guān)系如表5所示。

2．2．2評價(jià)運(yùn)用尼梅羅綜合指數(shù)法對表層沉積物中的Cu、Pb、Zn、Cr、As、Hg和Cd元素進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)結(jié)果表明，6．5%的測點(diǎn)P值在＜1的范圍內(nèi)，表現(xiàn)為無污染區(qū)，分布在萊州灣的東南海域(見圖4);3．9%的測點(diǎn)P值在2．5到7之間，表現(xiàn)為中度污染，零星分布在萊州灣西部海域;其余89.6%的海域輕度污染。總體上，小清河入海口附近海域、老黃河入海口附近海域和黃河入海口附近海域污染指數(shù)最高，萊州灣東南海域污染指數(shù)最低，呈西高東低的趨勢。

3結(jié)論

(1)本研究區(qū)Cu、Pb、Zn、Cr、As、Hg、Cd等7種元素平均含量分別為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。重金屬平均含量均小于國家海洋沉積物質(zhì)量規(guī)范一類標(biāo)準(zhǔn)，最大值也均低于二類標(biāo)準(zhǔn)。(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。空間分布特征整體表現(xiàn)為重金屬高值區(qū)在萊州灣的西部海域，來自萊州灣西部的陸源性輸入和灣內(nèi)潮流運(yùn)動(dòng)規(guī)律是造成這種分布趨勢的影響因素。(3)重金屬Cu、Pb、Zn主要來源于巖石的自然風(fēng)化和侵蝕過程，Cr、Cd既有來自巖石的自然風(fēng)化和侵蝕過程，也有一部分人為活動(dòng)的貢獻(xiàn)，而As、Hg主要受人為活動(dòng)影響，如工業(yè)廢水和生活污水的排放等。(4)小清河入海口附近海域、老黃河入海口附近海域和黃河入海口附近海域污染指數(shù)最高，萊州灣東南海域污染指數(shù)最低，呈西高東低的趨勢，89．6%的海域輕度污染。

作者：鄭懿珉 高茂生 劉森  趙金明 郭飛 王常明 單位： 國土資源部 海洋油氣資源和環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島海洋地質(zhì)研究所 吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院 中國冶金地質(zhì)總局青島地質(zhì)勘察院 山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院  中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院