粤东近岸海域沉积物重金属环境地球化学研究

【摘要】：粤东是我国人口密集，经济发展迅速的地区之一，近三十年来的经济改革和工业化发展，直接或间接排入近岸海域的污染物越来越多，由此带来的环境问题日渐突出。其中重金属因其自身的非降解性和通过食物链富集、毒性放大的特性，其污染问题更是倍受关注。沉积物是重金属的主要汇集场所，了解沉积物中重金属含量和时空分布特征及其附存形态，对于探寻近海海域重金属的来源、评价污染现状、预测对整个生态系统的影响具有重要的现实意义，是海洋污染防治和环境保护的重要环节，也是正确划分不同海区功能和保证海洋经济可持续发展的关键所在。 在粤东近岸海域共设置46个表层沉积物采样站位和13个柱状样采样站位。并按自然条件将整个研究海域划分为四个相对独立的区域：汕头港、韩江口、南澳岛、柘林湾。2002年6月至2003年6月分别对上述区域进行了表层和柱状沉积物重金属环境地球化学调查。沉积物样品在50℃条件下烘干、磨碎、过孔径为250μm的网筛。沉积物总量采用王水消化方法，形态分析采用1 N HCl提取的单一形态分析方法和BCR四步连续提取多形态分析方法。以Perkin-Elmer 2000DV电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP—AES)测定重金属元素含量。 重金属的背景值是区分沉积物中重金属自然来源和人为污染的界限，对于评价环境质量具有重要的参考价值。本文首次以本区域工业化以前沉积物样品(柱状样底层样品)，对粤东近沉积物的重金属背景值进行了研究。各重金属元素的背景值分别为：镉0.15μg／g、钴8.40μg／g、铬28.39μg／g、铜19.22μg／g、锰343.14μg／g、镍14.91μg／g、铅32.87μg／g、锌58.58、铁3.57％。与其它海域沉积物重金属元素背景值相比较，铜、铅的背景值较高。分析认为，粤东地质成分中富含铜、铅等矿藏资源是粤东海域沉积物重金属背景值较高的主要原因。 粤东近岸海域的重金属总量分别为：镉0.38μg／g、钴9.00μg／g、铬38.20μg／g、铜30.05μg／g、锰622.66μg／g、镍20.90μg／g、铅43.65μg／g、锌97.12μg／g、铁3.63％。与其它海域相比，铅锌的平均含量偏高。各重金属元素的分布特征为：镉、铬、铜、镍、锌的含量由汕头港至南澳岛成下降趋势，而在柘林湾则又略有上升，其平均含量均以汕头港最高。铅与上述几种元素的分布特征不同，其最高值站位和平均含量最高值均在韩江口。钴、锰分布趋势性不明显，相比较而言，在韩江口的平均含量较高。各重金属元素之间及其与保守元素、总有机质、碳酸盐和细粒级组分的 摘要 相关和聚类分析以及富集系数研究表明:福、铬、铜、镍、锌具有相似的地化行为，其分布特征 受城市排污影响，富集系数较高;铅的地化行为与上述儿种元素不同，大气沉降对沉积物中铅的 含量影响明显;钻和锰有相似的地化行为，其分布特征受氧化还原电位的影响较大。 基于表层沉积物重金属总量对粤东近岸沉积物重金属污染进行了评价。以沉积物质量标准 (G B18668一2002)评价，各重金属元素的含量在总体水平上均达一类沉积物标准，对四个典型区 域评价，只有汕头港的福、铜元素的平均含量均达到二类沉积物标准;以地累积指数法评价，粤 东近岸海域的各重金属元素的平均地累积指数均为无污染水平，就典型区域而言，只有汕头港的 锡为轻度污染;以多元生态风险指数法评价，在总体水平上，粤东近岸海域处于中度污染水平。 就各典型区域而言，污染程度由强到弱依次为汕头港韩江口拓林湾南澳岛，其中汕头港为重 度污染，其它区域为中度污染。 沉积物中“非稳态”或生物可利用的重金属是对环境具有直接影响的部分，本文采用单一形 态分析方法研究了粤东近岸海域“非稳态”重金属的含量分布特征，并首次利用与洁净区“非稳 态”重金属相对照的方法，对沉积物中重金属的人为输入量进行了估算。粤东近岸海域“非稳态” 重金属的平均含量为:锅0.2109/9、钻3.60林9/9、铬7.65林g/g、铜18.08林9/9、锰496.24林9/9、镍 7.45林眺、铅30.69林魄、锌58.61林吮、铁0.98%。其分布特征与重金属总量相似，两者成极显著 的正相关关系。粤东近岸海域沉积物中重金属元素的人为输入量由大到小的顺序为:锌 (26.53呵g)铜(11一7呵g)铬(3.04呵g)钻(0.77陀龟)镍(0.68叼g》铅(0.53叼g)福(0.19呵g)， 分别占“非稳态”的45.27%、61.78%、39.77%、21.41%、9.91%、1.72%、90.63%。由此可见， 粤东近岸海域人为输入的重金属元素主要为福、铜、锌、铬、镍。 以BCR四步连续提取法研究了粤东近岸海域沉积物中重金属的存在形态。结果表明:锅、 锰主要以酸可溶态存在，分别为总量的65.90%和6239%;钻、铬、铜、镍、锌、铁则主要以残 渣态存在，分别占其总量的54.50%、67.55%、49.76%、66.52%、45.00%和81.64%;铅则主要以 铁锰氧化物结合态存在，约为总量的36.19%。根据对不同结合态重金属与其基质之间的相关分析 表明，在结合位过剩的情况下，各基质之间对不同重金属元素的吸附、络合存在竞争。 基于表层沉积物重金属各种形态的含量，分别以次生相与原生相分布比值法和次性相富集系 数法对粤东近沉积物重金属污染进行了评价，结果表明:汕头港的锅、铜、铅、锌