江苏滨海北部近岸海域海洋环境调查及风险评价_董冰洁.pdf

Vol.42，No.3Jun.2023第42卷第3期2023年6月海洋技术学报JOURNAL OF OCEAN TECHNOLOGYdoi：10.3969/j.issn.1003-2029.2023.03.007江苏滨海北部近岸海域海洋环境调查及风险评价董冰洁1，2，周超凡1，王立章2，袁广旺1（1.江苏省环境监测中心，江苏南京210019；2.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221116）摘要：本文对 2019 年秋季江苏滨海北部近岸海域水质和沉积物环境进行了调查，分析研究结果表明：水质主要超标因子为化学需氧量、无机氮、活性磷酸盐、Cu、Pb 和 Cd；沉积物中 As和硫化物超过第一类沉积物质量标准，但满足第二类海洋质量标准，其他指标均符合第一类沉积物质量标准。采用地累积指数法和潜在生态风险指数法进行评价，沉积物重金属除 Cd 外，潜在生态风险整体为低风险，单因子生态风险由高到低为 Cd Hg As Pb Cu Cr Zn。关键词：江苏滨海；水质；沉积物；重金属；环境现状；生态风险中图分类号：P76文献标识码：A文章编号：1003-2029（2023）03-0056-07收稿日期：2022-10-14基金项目：江苏省环境监测科研基金资助项目（2124）作者简介：董冰洁（1990），女，博士研究生，工程师，主要从事海洋环境研究。E-mail：通讯作者：王立章（1977），男，博士，教授，主要从事环境电化学研究。E-mail：重金属具有难降解性、持久性和高生物毒性，易在水体和沉积物中富集，人类活动对土壤和沉积物中重金属的贡献率已经超过了其自然本底值1。关于沉积物中重金属的污染评价研究日益受到专家学者的关注，常用沉积物的地累积指数法、潜在生态风险指数法进行重金属元素污染评价。2011 年，孟庆峰等2对苏北地区盐城市弶港镇滩涂围垦地的沉积物进行了重金属污染评价。张龙辉等3对江苏如东互花米草盐沼湿地表层沉积物重金属污染进行了评价。吕建树1对南黄海辐射沙脊群的表层沉积物重金属环境地球化学特征进行了分析，结果表明，重金属含量均超过环境背景值。DUODU G O等4调查了澳大利亚布里斯班河沉积物中重金属的分布、来源、污染及生态风险状况，利用主成分分析和聚类分析调查其污染来源；潜在生态风险指数的应用表明，沉积物构成中等至相当大的生态风险，并提出了一种利用富集因子修正的生态风险指数方法。2016 年，AKM A 等5对澳大利亚新南威尔士州东南部 Shoalhaven 河的水样和沉积物样品进行了粒度、重金属和有机物含量分析；采用污染因子、污染负荷指数等地化方法对污染程度进行了评价，结果表明，湖周围的表层沉积物受到严重的重金属污染。郑江鹏等6对江苏近岸海域应用地累积指数法和 Hakanson 潜在生态风险指数法评估其生态风险，并结合同步调査得到的总有机碳、粒径等参数，应用相关性分析和主成分分析方法，研究调査海域重金属的污染特征及来源。2022 年，周超凡等7对如东滩涂近岸海域沉积物重金属分布特征进行分析，通过相关性分析，研究影响重金属分布的控制因素，并采用地累积指数法和潜在生态风险指数法评估其污染程度和潜在生态风险。关于江苏滨海海域海洋环境现状及污染风险程度研究的文献相对较少，本文以 2019 年秋季调查数据为依托，对滨海海域水质、沉积物以及生物生态环境因子进行研究，着重分析研究了该区域表层沉积物重金属分布特征，应用地累积指数法和第3期Hakanson 潜在生态风险指数法评估其生态风险8-9，为该区域污染源风险因子控制提供了基础数据，为江苏沿海的生态环境调查研究提供了重要支撑。1材料与方法江苏滨海近岸海域位于江苏省东部，南黄海北部，滨海县属黄淮海冲积平原，属于苏北废黄河三角洲的一部分，地势平坦。海域地理位置优越，地质条件复杂，气候适宜，海洋生物与渔业资源丰富，具有显著的生态经济价值。1855 年黄河北归改道，陆海相互作用明显，海岸由河流堆积作用为主，演变为以潮滩动力侵蚀为主，三角洲岸线受到冲刷，急剧后退10。滨海港区顺应沿海大开发的趋势而建，随着防坡堤的建设，港区出现了淤积11。近年来，随着工农、养殖业的快速发展，人类活动强度增大，生活污水流入滨海区域，一定程度影响了近岸海域海洋环境。1.1数据资料来源本文所用数据资料来源于江苏省环境监测中心2019 年秋季在江苏滨海近岸海域开展的监测工作。共布设水质站位 20 个，沉积物站位 10 个，潮间带断面 3 条。其中，自北西南东方向设立 3 条潮间带。沉积物点位顺潮间带方向自西南向北东延伸，水质点位覆盖所有沉积物点位并密度加强进行布设，共计 20 个点位。监测指标包括水质 20 项（水温、水色、透明度、悬浮物、pH、盐度、化学需氧量、溶解氧、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、活性磷酸盐、石油类、硫化物、总汞、铜、铅、镉、锌、铬、砷）；沉积物 10 项（有机碳、硫化物、石油类、砷、总汞、铬、镉、铜、铅、锌）。采集的海水样品使用 0.45 m 滤膜过滤，并加硫酸酸化至 pH 2 进行固定；沉积物样品储存在干燥通风环境处，并进行研磨过筛等前处理。监测方法按照 海洋监测规范（GB 173782007）、海洋调查规范（GB127632007）、近岸海域环境监测规范（HJ 4422008）和 海洋沉积物质量（GB186682002）等规范的要求12-16。其中，Cu、Pb、Zn、Cr、Cd 采用电感耦合等离子体质谱法进行分析；Hg 和 As 采用原子荧光法进行测定；有机碳采用重铬酸钾氧化法分析。使用海水标准溶液（GBW（E）080040）、近海海洋沉积物（GBW07314）和黄海海洋沉积物（GBW07333）标准样品进行质量控制样品分析过程中采用国家标准规定的标准物质进行质量控制，平行样的误差低于 5%，标准物质的回收率介于 90%110%，各项仪器分析结果和标准误差均在要求允许范围内。1.2数据分析与评价方法采用地累积指数法和瑞典 Hakanson 潜在生态风险指数法对研究区域海洋沉积物进行重金属污染程度以及生态风险评价17-24。地累积指数法公式如下。Igeo=log2（Cn/（K Bn）（1）式中，Igeo是地累积污染指数；Cn代表重金属元素 n 在沉积物中的实测含量；Bn为该重金属元素的地球化学背景值；K 取 1.5，为背景值的变动而取的系数。评价分级标准如表 1 所示。Hakanson 潜在生态风险指数法公式如下。Cif=Ci/Cin（2）Eir=Tir Cif（3）RI=Eir（4）式中，Cif为重金属元素 i 的污染指数；Ci为第i 种重金属的实测含量；Cin为第 i 种重金属的背景值含量；Eir为第 i 种重金属单因子潜在生态风险指数；Tir为毒性系数，表示重金属的毒性水平和生物对重金属污染的敏感程度（Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Hg、As 分别取值 5、1、5、2、30、40、10）7，12。RI 为综合潜在生态风险指数，评价分级标准见表 2。表 1地累积指数分级标准Igeo级别污染程度00无污染 011轻度污染 122偏中度污染 233中度污染 344偏重污染 455重污染56严重污染董冰洁，等：江苏滨海北部近岸海域海洋环境调查及风险评价57海洋技术学报第42卷2结果与讨论2.1水质2.1.1水质质量调查结果由表 3 可见，监测区域 pH 范围为 7.818.06，平均值为 7.99。水温范围为 17.720.0，平均值为19.1。盐度范围为 26.333.9，平均值 32.0。溶解氧范围为7.117.61mg/L，平均值为 7.37mg/L。化学需氧量范围为 0.492.19mg/L，平均值为 1.10mg/L。悬浮物范围为19.02243mg/L，平均值为 493.17mg/L。亚硝酸盐-氮范围为 0.0030.017 mg/L，平均值为0.01 mg/L。硝酸盐-氮范围为 0.0651.796 mg/L，平均值为 0.31mg/L。氨氮范围为 0.001 1 0.085 mg/L，平均值为 0.04mg/L。无机氮范围为 0.0771.874mg/L，平均值为 0.36 mg/L。活性磷酸盐范围为 0.0010.019 mg/L，平均值为 0.010 mg/L。油类范围为3.819.94 g/L，平均值为 6.57 g/L。由海水样品中 7 中重金属含量分析：有 1 个站位中铜的含量超过一类海水水质标准，有 1 个站位中铅和镉浓度含量均超一类海水水质标准（表 3）。表 2潜在生态风险分级标准Eir单因子潜在生态风险程度RI综合潜在生态风险程度 40低 150低40 80中150 300中80 160较高300 600较高160 320高600很高320很高表 3水质要素监测统计表pH水温/盐度/水深/m溶解氧/（mg L-1）化学需氧量/（mg L-1）悬浮物/（mg L-1）无机氮/（mg L-1）活性磷酸盐/（mg L-1）平均值7.9919.132.015.37.371.10493.170.360.01最大值8.0620.033.920.07.612.192 2431.8740.019最小值7.8117.726.33.57.110.4919.00.0770.001硫化物/（g L-1）油类/（g L-1）铜/（g L-1）锌/（g L-1）铅/（g L-1）镉/（g L-1）总铬/（g L-1）汞/（g L-1）砷/（g L-1）平均值0.16.570.8711.230.130.120.110.0010.32最大值 0.29.948.1118.13.851.171.04 0.0020.591最小值 0.23.810.034.72 0.07 0.03 0.05 Pb As Zn Cu 注：*在 0.01 水平（两侧）上呈现显著相关，*在0.05 水平（双侧）上呈现显著相关。董冰洁，等：江苏滨海北部近岸海域海洋环境调查及风险评价59海洋技术学报第42卷Cr Hg。单因子污染指数看，全部监测站位重金属Cr 和 Hg 的平均地累积指数均为负值，属于清洁状态。重金属 Cu、Pb、As、Zn 的平均地累积指数均为 01，属于轻度污染水平。重金属 Cd 平均地累积指数为 12，偏重度污染水平，应该加强重点监控。表 62019 年滨海北部近岸海域沉积物中重金属地累积指数法评价结果统计因子铜铅镉锌铬汞砷平均值0.090.261.190.04-0.79-1.050.45最大值0.460.471.430.31-0.59-0.700.87最小值-1.41-0.470.44-0.99-1.45-2.35-0.582019 年江苏滨海北部近岸海域表层沉积物中重金属生态风险指数统计结果见表 7，由表 7 看出，重金属单因子潜在生态风险由高到低依次为 Cd Hg As Pb Cu Cr Zn。Hg、As、Pb、Cu、Cr、Zn 全部研究点站位都处于低风险。其中 Cd 的单因子潜在生态风险指数为 61.0121，点位整体处于中风险和较高风险范围内，需要加强对重金属Cd 的监测。表 72019 年滨海北部近岸海域沉积物中重金属潜在生态风险指数评价结果单因子潜在生态风险指数 Eir综合潜在生态风险指数 RI铜铅镉锌铬汞砷平均值8.359.081041.581.7630.421.2176最大值10.310.41211.861.9937.027.5209最小值2.825.4261.00.751.1011.810.193虽然研究区单因子潜在生态风险指数大都显示低风险，但其综合潜在生态风险指数为 93.0209，平均值为 176，表明研究区域为潜在中风险区域，需要加强重视，结合综合地累积指数研究表明，结合前人研究以及研究区域实际情况，燃油排放、生活排污、陆源河流输入、天然风化为主要的沉积物重金属来源20。研究区域沉积物中重金属 Cd 为主要生态危害因子，主要来源于农业中化肥农药的使用；Hg 虽为低风险，但位于中风险临界线，挥发性金属 Hg 主要通过大气沉降进入海洋7。1855 年黄河北归改道，海岸由河流堆积作用