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舟山港沉积物重金属污染及潜在生态风险空间分布评价

发布日期:2021-08-31 03:45浏览次数:
本文摘要:为理解舟山港区沉积物中重金属的污染特征,对舟山港区35个表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As和Cr7种重金属含量展开测量,并使用污染评价法、潜在生态危害指数法和空间分析展开污染和风险分析。

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为理解舟山港区沉积物中重金属的污染特征,对舟山港区35个表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As和Cr7种重金属含量展开测量,并使用污染评价法、潜在生态危害指数法和空间分析展开污染和风险分析。结果表明:表层沉积物中重金属的平均值含量皆高于国家海洋沉积物质量一类标准;舟山港区表层沉积物重金属污染现状总体为低污染水平,污染程度由大到小依序为As>Cu、Pb>Zn>Hg>Cd>Cr;20%的站位的重金属综合污染指数小于8,超过了中等污染水平,主要产于于小干岛和鲁家峙西南侧航道区、东蟹峙南侧和朱家尖岛西侧;舟山港区表层沉积物重金属的潜在生态危害水平较低,重金属的潜在生态危害系数由大到小的顺序为Hg、Cd、As、Pb、Cu、Cr、Zn,潜在生态风险指数高值区经常出现在舟山港区东南部的朱家尖岛西侧海域,主要不受Hg的高潜在危害水平的影响。重金属污染的主要来源有可能与附近船厂、排污口、海洋灌入区和海产加工厂废气污废水和废弃物有关。

关键字:表层沉积物;重金属;潜在生态风险评价;空间分析;舟山港沉积物是海洋环境的最重要组成部分,沉积物不仅为海洋生物获取栖息地和营养,同时也是各类污染物最重要的载体与源。转入水体的重金属,经过生物地球化学循环,绝大部分最后核心区在沉积物中,沦为水环境污染的指示剂(王伟力等,2009);当环境受到外界压力再次发生转变时,沉积物中的污染物有可能新的释放出产生潜在的生态风险,沉积物污染通过地球生物化学的循环过程对水生态系统和人类包含潜在的威胁(AdamsWJetal,1992)。重金属是近海水环境中主要的污染物之一(SINSNetal,2001);近海沉积物重金属含量水平需要现实地体现一个地区的环境质量现状(张丽洁等,2003);与水相比起,沉积物具备更大的比较稳定性,用分析沉积物样品中重金属浓度的方法来评价重金属污染程度及其生态危害有更高的准确性和可靠性(SANTOSIRetal,2005);测量和分析表层沉积物中重金属产于特征,更加能体现海域环境质量状况的变化过程(蔡丽萍等,2012)。研究沉积物重金属的污染现状和潜在生态风险水平的产于,确认主要的污染物及其来源,可以为海洋环境重金属污染的管理获取科学依据(朱程等,2010)。

舟山港地处中国东部黄金海岸线与长江黄金水道的交汇处,港域环境质量不受多种因素的影响,呈现动态变化的特点。本文通过运用GIS空间分析、单因子污染系数法和潜在生态风险指数法相融合方法对舟山港区表层沉积物重金属展开定量化评价,目的理解研究区的沉积物重金属污染现状与空间产于情况,并对重金属的污染展开本源分析,以期为舟山港区海域环境的生态维护、污染源掌控和信息化管理获取科学依据。1.材料与方法1.1取样及分析2012年12月在舟山岛中南部海域(以定海港至朱家尖岛)埋设35个站位(闻图1)。

使用捉斗式采样器收集表层样品35个,实时记录水深和水温。沉积物中重金属(Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr)测定方法参考《海洋监测规范》(GB17378-2007)中《沉积物分析》规定的方法,委托浙江省海洋水产研究所(海洋渔业环境监测站)已完成图1研究区域及取样点方位1.2评价方法1.2.1沉积物重金属污染程度使用单因子污染系数=(为污染物的测算浓度,为污染物的评价标准。)来体现单种沉积物重金属的污染程度(丁喜桂等,2005);<1为低污染,1≤<3为中等污染,3≤<6只求污染,≥6为相当严重污染。

重金属的综合污染程度使用综合污染指数(各单因子污染系数之和)来体现沉积物重金属的污染程度;<8为低污染,8≤<16为中等污染,16≤<32只求污染,≥32为相当严重污染(陈旭阳等,2012)。评价标准的指定无统一标准,一般融合区域的研究现状挑选,因此挑选浙东地区滨海互为土壤的地球化学基准值作为评价标准(汪庆华等,2007),Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr的背景值分别为28.39、26.42、92.35、0.111、0.041、8.54、92.27mg/kg。1.2.2潜在生态风险评价根据潜在生态风险指数法(HankansonL,1980)对挑选的7种重金属元素的生态风险展开评价,潜在生态风险指数法是运用沉积学原理来评价沉积物重金属污染及潜在生态风险的方法,目前已普遍应用于沉积物质量评价中。

沉积物中多种重金属的潜在生态风险指数(ecologicalriskindex)相等所有重金属潜在生态危害系数的总和,计算公式如下:(1)式中:为金属的潜在生态危害系数;为重金属毒性号召系数(toxicresponsecoefficient),体现单个重金属的毒性水平及生物对重金属污染物的脆弱程度;重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr的毒性号召系数分别为5、5、1、30、40、10、2(HankansonL,1980)975-1001;为重金属的污染系数。重金属潜在生态风险评价等级闻表格1。

1.2.3空间分析运用ArcGIS10.1的空间分析功能,根据沉积物重金属的污染程度和潜在生态风险评价等级对评价结果展开分级处置,得出结论沉积物重金属污染程度和潜在生态风险水平的等级空间分布图,借以展开污染源的本源分析和更佳的命令区域内沉积物重金属的污染现状。表格1评价指标与潜在生态风险程度的关系单因子污染物生态风险程度总的潜在生态风险程度<4040~8080~160160~320≥320较低中等较重重相当严重<150150~300300~600≥600较低中等轻相当严重2.结果与辩论2.1重金属的含量表格2为舟山港区表层沉积物中重金属的统计资料结果。由表格2由此可知,研究区域表层沉积物重金属含量总体水平较低,均值皆大于国家海洋沉积物质量一类标准;最高值除Cu、Pb之外,其他皆高于国家海洋沉积物质量一类标准,且Cu、Pb的含量也不多达国家海洋沉积物质量二类标准(GB18668-2002)。

由表格2由此可知,Pb和Hg的空间产于差异较小,变异系数仅次于,分别为70.09%和33.17%,指出这2种元素有可能具备点状的输出途径。其他轻金属元素的变异系数较小,指出其来源和产于皆较完全一致。表格3为舟山港区表层沉积物重金属含量、平均值与国内外港口、海湾相比较,对比结果表明舟山港区表层沉积物重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr的平均值含量都正处于较为较低的水平,因此,舟山港区表层沉积物重金属的污染程度比较较重。表格2舟山港区表层沉积物重金属含量统计资料mg•kg-1项目CuPbZnCdHgAsCr范围19~454.8~8852~1220.046~0.180.014~0.0917.4~1850~76平均值30.6328.5598.370.0940.04111.761.17中值30221000.0990.0431160标准偏差5.2220.0113.020.0270.01362.515.76变异系数17.04%70.09%13.24%28.72%33.17%21.45%9.42%沉积物Ⅰ/Ⅱ类质量标准35/10060/130150/3500.50/1.500.20/0.5020/6580/150表格3舟山港区表层沉积物重金属含量与国内外典型海域较为mg•kg-1海区CuPbZnCdHgAsCr舟山港区19~454.8~8852~1220.046~0.180.014~0.0917.4~1850~76(30.63)(28.55)(98.37)(0.094)(0.041)(11.7)(61.17)莱州湾(罗先梨等,2010)0.11~47.243.18~34.2229.60~81.500.04~0.290.02~0.383.24~22.51(14.97)(11.70)(50.80)(0.11)(0.09)(9.20)锦州湾(张玉凤等,2008)9.3~1227.321.8~1828.389.2~13933.44.8~909.520.4~819.9(416.9)(753.2)(6419.0)(248.1)(396.5)深圳湾(左公平,2009)7.96~101.6311.80~63.24355.75~565.501.19~6.58(68.94)(38.40)(489.08)(4.61)泉州湾(Yuetal,2008)24.8~119.734.3~100.9105.5~241.90.28~0.890.17~0.7417.7~30.2(71.4)(67.7)(179.6)(0.59)(0.40)(21.7)HongKongcoasts(Zhouetal,2007)1~4000(118.68)9~260(53.56)17~790(147.73)0.1~5.3(0.33)0.05~8(0.19)ThermailkosGulf,Greece(CHRISTOPHORIDISetal,2009)0.8~5.5(3.2)12.3~24.4(17.5)16.5~75.9(40.0)2.2沉积物重金属污染程度评价表格4为舟山港区表层沉积物重金属污染程度评价结果,图2为对评价结果展开空间分析后构成的区域内各轻金属元素的污染程度和综合污染程度的空间分布图。

从整个舟山港区范围来看,Cr的污染系数范围为0.54-0.82,指出区域内并未受到Cr的污染;Cd的污染系数均值大于1,其中有6个站位的污染系数小于1,总体上区域不受Cd的污染归属于低污染水平;Cu、Pb、Zn、Hg、As的污染系数均值小于1,指出研究区受到这5种重金属的中等污染;各重金属的污染程度由低到较低依序为As>Cu、Pb>Zn>Hg>Cd>Cr。从空间产于来看,坐落于东蟹峙南侧和鲁家峙西侧的2个站位的Pb污染系数小于3,归属于轻污染水平;Cu、Zn、Hg、As在绝大部分站位的污染系数小于1,归属于中等污染水平。从综合污染指数的评价结果来看,其中有7个站位超过中等污染水平,占到总站位的20%,从站位的空间产于来看,主要是坐落于小干岛南侧和鲁家峙西南侧航道区、东蟹峙南侧、朱家尖岛西侧;其他站位的综合污染指数皆大于8,因此,舟山港区表层沉积物重金属污染现状总体为低污染水平。表格4沉积物中重金属污染单因子评价结果项单因子污染系数综合污染目CuPbZnCdHgAsCr指数范围平均值0.67-1.591.080.18-3.331.080.56-1.321.070.41-1.620.850.34-2.221.010.87-2.111.370.54-0.820.665.18-10.907.12图2沉积物中重金属的污染程度空间分布图2.3沉积物重金属污染潜在生态风险评价根据对舟山港区表层沉积物重金属的潜在生态风险展开评价,获得该区域表层沉积物重金属的潜在生态风险系数和潜在风险指数,明确的评价结果闻表格5,图3为对评价结果展开分级处置后构成的研究区各轻金属元素的潜在生态危害水平和综合潜在生态风险的空间分布图。

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由表格5由此可知,研究区表层沉积物重金属的潜在生态危害系数由大到小的顺序为Hg、Cd、As、Pb、Cu、Cr、Zn;其中As、Pb、Cu、Cr、Zn5种重金属元素的潜在生态危害系数的均值为1.07-13.70,皆大于40,指出研究区内这5种重金属的潜在生态危害为低水平;Hg有20个站位的潜在生态危害系数多达40,其中有1个站位甚至小于80,指出研究区Hg的潜在生态危害程度为中等;Cd有1个站位的潜在生态危害系数小于40,其余站位皆大于40,均值为25.48,指出该轻金属元素在研究区的潜在生态危害程度为低水平。从空间产于的角度来看,Hg超过中等潜在生态危害水平的站位主要产于于舟山本岛的排污口、港区附近的海洋灌入区和航道区内,位的潜在生态危害系数多达40外,超过中等潜在生态危害水平。因此,Hg作为研究区主要的潜在生态危害因子应该引发推崇。

从潜在生态风险指数的评价结果来看,研究区的潜在生态风险指数均值为92.74,因此,舟山港区表层重金属的潜在生态风险正处于较低风险水平。从空间产于的角度分析,研究区内除坐落于朱家尖岛西侧的1个站位的综合潜在生态风险指数小于150,超过中等潜在生态风险水平,其余范围都归属于较低潜在生态风险水平;总体来看研究区域表层沉积物重金属潜在生态风险归属于低水平。

表格5沉积物重金属污染的潜在生态危害系数和指数项潜在生态危害系数潜在生态风险指数目CuPbZnCdHgAsCr范围平均值3.35-7.935.390.91-16.655.400.56-1.321.0712.43-48.6525.4813.66-88.7840.368.67-21.0813.701.08-1.651.3363.59-151.4592.74图3沉积物中重金属的潜在生态风险空间分布图2.4空间分析与污染本源从图2和图3中可以显现出沉积物重金属的污染程度与潜在生态风险水平在空间产于上并不完全一致,Cu、Pb、Zn、Hg、As5种重金属元素在港区内的污染程度超过了中等,但潜在生态危害水平只有Hg超过中等;综合污染程度有7个站位超过中等污染水平,只有一个站位的潜在生态风险超过了中等。其主要原因是各轻金属元素的毒性号召系数的差异引发的,潜在生态危害系数是在单因子污染系数的基础上根据有所不同轻金属元素的毒性号召系数来计算出来的,且有所不同轻金属元素对潜在生态风险指数的贡献率有所不同。根据评价结果的空间产于可以显现出东蟹峙南侧和鲁家峙西侧Pb的污染超过轻污染水平,但由于Pb的毒性号召系数只有5,因此其潜在生态危害水平未超过较轻的程度;同时坐落于鲁家峙西南侧的31号站位Cd的污染程度和潜在生态危害水平都归属于中等,通过实地调查分析,附近有舟山隆昇船业有限公司和杨帆集团有限公司鲁家峙船厂,Pb和Cd的污染来源主要是附近码头和船厂弃置在港区内的荒废船用铅酸蓄电池。另外舟山港区表层沉积物重金属污染物Hg的污染较相当严重,Hg的污染程度和潜在生态危害水平都超过了中等,主要集中于在排污口、灌入区和航道区附近,通过实地调查分析,港区内有定海污水处理厂排污口、普陀勾山污水处理厂排污口、沈家门城镇生活污水排污口、杨帆集团有限公司排污口、定海西蟹峙临时灌入区、沈家门水老鼠礁临时灌入区、三和社区虾米加工厂区等,Hg的污染来源主要是工业废水、生活废水、灌入物以及船舶压舱水中的含Hg物质随废水废气到海域中,并渐渐在沉积物中富含。

尤其是坐落于朱家尖岛西侧的18号站位的综合污染程度为和综合潜在生态风险都超过了中等水平,主要原因是Hg污染导致的,Hg在该站位的潜在生态危害系数小于80,超过较轻水平,经过实地调查找到,站位坐落于朱家尖街道三和社区附近海域,三和社区内有三十多家虾米加工厂,在虾的加工过程中一般不会展开去头和去壳处置,而虾的头部正是重金属富含的部位,加工过程中重金属随废水和废弃物废气到周边海域,造成该海域表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Hg、As都超过中等污染水平。图4污染源分布图3.结论利用单因子污染系数法,综合污染系数法、潜在生态危害指数法以及空间分析对舟山港区表层沉积物重金属的污染现状和潜在生态风险空间产于展开分析评价,结果表明:(1)舟山港区表层沉积物重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr的平均值含量皆大于国家海洋沉积物质量一类标准;与国内外典型海湾港口比起正处于较低水平。

(2)污染程度评价的结果表明,舟山港区表层沉积物重金属污染现状总体为低污染水平,各重金属的污染程度由低到较低依序为As>Cu、Pb>Zn>Hg>Cd>Cr;20%的站位的重金属综合污染超过中等污染水平,主要产于于小干岛南侧和鲁家峙西南侧航道区、东蟹峙南侧和朱家尖岛西侧。(3)潜在生态风险评价结果表明,总体来看舟山港区表层沉积物重金属的潜在生态危害水平较低,归属于较低潜在生态风险区;重金属的潜在生态危害系数由大到小的顺序为Hg、Cd、As、Pb、Cu、Cr、Zn,其中以Hg的潜在生态危害程度仅次于。坐落于舟山港区东南部的朱家尖岛西侧海域的综合潜在生态风险指数最低,潜在生态风险仅次于。

(4)空间分析的结果表明,港区内沉积物中重金属有可能的主要来源是附近船厂、排污口、海洋灌入区和海产加工厂废气大量污废水、废弃物;在局部海域沉积物的重金属污染早已超过了更为相当严重的水平,应该引发推崇。参考文献王伟力,耿安朝等.九龙江口表层沉积物重金属产于及潜在生态风险评价[J].海洋科学进展,2009(4):502-508.SINSN,CHUAH,LOW,etal.AssessmentofHeavymetalcationsinsedimentsofShingMunRiver,HongKong[J].EnvironmentalInternational,2001,26:297-301AdamsWJ,KimerleRA,BarnettJJW.SedimentQualityandaquaticlifeassessment.EnvironmentalScience1864-1875.张丽洁,王贵,姚德等.近海沉积物重金属研究及环境意义[J].海洋地质动态,200319(3):6-9.SANTOSIR,SILVAEV,SCHAEFERCEGR,etal.HeavymetalcontaminationincoastalsedimentsandsoilsneartheBrazililianAntarcticStation,KingGeorgeIsland[J].MarinePollutionBulletin,2005,50:185-194蔡丽萍等.舟山六横岛附近海域沉积物重金属污染及潜在生态风险评价[J].海洋环境科学,2012(4):496-499.朱程,马陶武,周科等。

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