廣東紅海灣海水重金屬含量的時空變化及污染評價

重金屬是環(huán)境中累積效應(yīng)強(qiáng)、毒性高的污染物。它可以通過鏈核直接或間接進(jìn)入人體，最終對人類健康產(chǎn)生影響。例如，日本的水蝕?。ㄎ廴镜龋┖凸峭床。ㄦk污染）是由重金屬污染引起的。隨著公眾對污染的關(guān)注和關(guān)注，對海洋環(huán)境質(zhì)量評價重金屬污染的影響越來越重要，已成為海洋環(huán)境評價體系中一個非常重要的因素。根據(jù)2007年6月（夏季）和2008年1月（冬季）紅海灣沿岸惠州港和清湖大海環(huán)境質(zhì)量分析的數(shù)據(jù)，本文研究了hg、cu、pb、zn、cd等五種重金屬產(chǎn)品的分布特征、污染現(xiàn)狀和評價結(jié)果，以及該海域表面水體中不同重量元素的含量分布特征、污染狀況和評價結(jié)果。1材料和方法1.1調(diào)查站位和樣品采集分別于2007年6月(夏季)和2008年1月(冬季),在廣東紅海灣的汕尾港周邊海域布設(shè)35個海水水質(zhì)調(diào)查站位.采樣站位分布見圖1,其覆蓋的海域面積約60km2.采用2.5dm3有機(jī)玻璃采水器采集表層海水.所有樣品采集、保存和前處理均按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》的要求操作.1.2檢出限及定量限海水重金屬元素的測定項(xiàng)目有汞(Hg)、銅(Cu)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鎘(Cd)共5種.Hg含量以原子熒光法測定(采用XGY-1011A型原子熒光光度計(jì)),檢出限為0.007μg/dm3;Cu、Pb、Zn、Cd含量以陽極溶出伏安法測定(采用HY-1F型多功能極譜儀),檢出限分別為0.5、0.5、1.0、0.1μg/dm3.其他測定要素包括:鹽度(S)、pH值、化學(xué)需氧量(COD)等項(xiàng)目.1.3評估方法1.3.1海洋功能區(qū)劃評價指標(biāo)根據(jù)《廣東省海洋功能區(qū)劃文本》(粵府57號)對紅海灣內(nèi)汕尾港及品清湖的海洋功能區(qū)劃定位要求(港口、臨港工業(yè)、旅游綜合功能區(qū)),參照《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中重金屬含量的標(biāo)準(zhǔn)值,以國家二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值作為評價指標(biāo).各重金屬元素含量評價標(biāo)準(zhǔn)值見表1.1.3.2采用指數(shù)法進(jìn)行海水綜合評價海洋環(huán)境調(diào)查的目的主要在于了解海洋環(huán)境質(zhì)量、鑒別海洋污染源及對海洋環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測與控制.這些工作都應(yīng)建立在可靠的海洋環(huán)境質(zhì)量評價之上.海洋環(huán)境質(zhì)量評價的可靠程度取決于監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與時效性,同時也取決于采用的評價方法是否科學(xué)、合理.就目前而言,可用于對海域重金屬污染進(jìn)行綜合評價的方法多種多樣,執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一,其中,指數(shù)法因其簡單實(shí)用,被廣泛地應(yīng)用于對水質(zhì)較好的海水進(jìn)行評價.其計(jì)算公式如下:Cif=CiCinWQΙ=1nn∑i=1CifCif=CiCinWQI=1n∑i=1nCif式中:Cifif、Ci、Cinin分別為某金屬元素i的單項(xiàng)指數(shù)、實(shí)測含量和評價標(biāo)準(zhǔn)值,n為參與評價的金屬元素種數(shù);當(dāng)Cifif≤1時,表示海水中重金屬含量符合標(biāo)準(zhǔn);當(dāng)Cifif>1時,表示海水中重金屬含量超過標(biāo)準(zhǔn);WQI為海水重金屬綜合污染指數(shù).參考文獻(xiàn)的判據(jù),將紅海灣表層的WQI值與海水污染程度的關(guān)系列于表2.2結(jié)果與分析2.1含量范圍及平均含量2007年6月(夏季)和2008年1月(冬季)的調(diào)查結(jié)果顯示,紅海灣海域的汕尾港及品清湖表層海水中各重金屬的含量均值從高到低的順序依次是Zn>Cu>Pb>Cd>Hg.這兩次調(diào)查中該海域表層海水中重金屬元素含量的分布特征如下:(1)Hg:2007年6月(夏季),汕尾港及品清湖表層海水Hg含量范圍為0.010～0.050μg/dm3,平均含量為0.023μg/dm3;2008年1月(冬季),汕尾港及品清湖表層海水中Hg的含量范圍為0.009～0.049μg/dm3,平均含量為0.027μg/dm3;均符合國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).由圖2a和圖2b可見,2007年6月(夏季),汕尾港表層海水中Hg含量以Z5站最高(0.050μg/dm3),呈北高南低分布;而品清湖則以J13站表層海水中Hg的含量為最高(0.035μg/dm3),呈北低南高的變化.2008年1月(冬季),品清湖以J14站表層海水Hg的含量最高(0.049μg/dm3),汕尾港以Z18站表層海水Hg的含量最高(0.044μg/dm3);汕尾港及品清湖表層海水中Hg的含量分布趨勢基本與2007年6月(夏季)的相似.就區(qū)域平均含量而言,兩個航次調(diào)查結(jié)果均顯示品清湖表層海水中Hg的含量高于汕尾港.(2)Cu:2007年6月(夏季),汕尾港及品清湖表層海水中Cu的含量范圍為1.0～3.4μg/dm3,平均含量為2.4μg/dm3;2008年1月(冬季),汕尾港及品清湖表層海水中Cu的含量范圍為0.9～4.3μg/dm3,平均含量為2.3μg/dm3;均符合國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).由圖2c和圖2d可見,2007年6月(夏季)汕尾港以Z10站表層海水中Cu的含量最高(3.4μg/dm3),品清湖以J1站表層海水中Cu的含量最高(3.4μg/dm3),且分別以Z10站、J1站為中心向周圍呈遞減變化,不同區(qū)域Cu的平均含量變化較小.2008年1月(冬季),汕尾港以Z9站表層海水中Cu的含量最高(4.3μg/dm3),且以該站為中心向周圍呈遞減變化;品清湖以J10站、J14站表層海水中Cu的含量最高(3.4μg/dm3),呈自南向北遞減的變化,且品清湖表層海水中Cu的平均含量高于汕尾港.(3)Pb:2007年6月(夏季),汕尾港及品清湖表層海水中Pb的含量范圍為0.6～1.0μg/dm3,平均含量為0.8μg/dm3,符合國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).2008年1月(冬季),汕尾港及品清湖表層海水中Pb的含量范圍為0.4～1.4μg/dm3,平均含量為0.8μg/dm3,除位于品清湖的J9站、J11站和汕尾港的Z8站表層海水中Pb的含量屬國家二類海水水質(zhì)外,其余各站位Pb的含量均符合國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).由圖2e和圖2f可見,2007年6月(夏季)和2008年1月(冬季),汕尾港均以Z8站表層海水Pb含量最高(1.0、1.1μg/dm3),呈北低南高的分布.2007年6月(夏季)品清湖以J3站表層海水Pb含量最高(0.9μg/dm3),J9站最低(0.6μg/dm3),且以J9站為中心向周圍呈遞增變化.2008年1月(冬季)品清湖以J11站表層海水中Pb的含量最高(1.4μg/dm3),J9站次之(1.1μg/dm3),呈南北低、中間高的分布.總體上,這兩項(xiàng)調(diào)查結(jié)果均顯示不同區(qū)域表層海水中Pb的平均含量變化較小.(4)Zn:2007年6月(夏季),汕尾港及品清湖表層海水中Zn的含量范圍為1.6～18.3μg/dm3,平均含量為6.8μg/dm3.2008年1月(冬季),汕尾港及品清湖表層海水中Zn的含量范圍為5.4～19.0μg/dm3,平均含量為12.0μg/dm3.其均符合國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).由圖2g和圖2h可見,2007年6月(夏季)汕尾港以Z9站表層海水中Zn的含量最高(18.3μg/dm3),呈南高北低的變化;品清湖以J2站表層海水中Zn的含量最高(6.2μg/dm3),呈南北高、中間低的變化;品清湖表層海水中Zn的平均含量高于汕尾港.2008年1月(冬季)汕尾港以Z8站表層海水中Zn的含量最高(19.0μg/dm3),基本呈自東向西遞減的變化;品清湖以J4站表層海水中Zn的含量最高(16.8μg/dm3),J14站次之(16.2μg/dm3),且以兩站的連線區(qū)域?yàn)橹行南蛑車蔬f減變化;品清湖表層海水中Zn的平均含量明顯高于汕尾港.(5)Cd:2007年6月(夏季),汕尾港及品清湖表層海水中Cd的含量范圍為0.1～0.3μg/dm3,平均含量為0.1μg/dm3.2008年1月(冬季),汕尾港及品清湖表層海水中Cd的含量范圍為0.1～0.7μg/dm3,平均含量為0.3μg/dm3.均符合國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).由圖2i和圖2j可見,2007年6月(夏季)汕尾港以Z9站表層海水中Cd的含量最高(0.3μg/dm3),且以Z9站為中心向周圍呈遞減變化,北岸站位表層海水中Cd的含量最低;品清湖以J12站表層海水中Cd的含量最高(0.3μg/dm3),呈東低西高的分布;不同區(qū)域表層海水中Cd的平均含量相差較小.2008年1月(冬季)汕尾港以Z6、Z10、Z13、Z19站表層海水中Cd的含量最高(0.2μg/dm3),呈近岸低離岸高的變化;品清湖以J7站表層海水中Cd的含量最高(0.7μg/dm3),總體上呈東高西低的變化;品清湖表層海水中Cd的平均含量高于汕尾港.2.2紅海灣表層海水重金屬污染指數(shù)wq的變化紅海灣海域的汕尾港及品清湖表層海水中各重金屬元素(Hg、Cu、Pb、Zn、Cd)單項(xiàng)污染指數(shù)的計(jì)算結(jié)果列于表3.從表3可見,各重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)均小于1,表明汕尾港及品清湖表層海水中5種重金屬元素(Hg、Cu、Pb、Zn、Cd)的含量均符合國家二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求.2007年6月(夏季)紅海灣海域的汕尾港和品清湖表層海水中各重金屬污染程度由高到低的排序分別是Cu>Pb>Zn>Hg>Cd,而2008年1月(冬季)其高低排序?yàn)閆n>Cu>Pb>Hg>Cd.根據(jù)這兩次的調(diào)查數(shù)據(jù),采用綜合污染指數(shù)評價法分析得到的紅海灣表層海水中重金屬的綜合污染指數(shù)列于表4,各站位綜合污染指數(shù)的變化情況見圖3.由表4可見,2007年6月(夏季),紅海灣海域的汕尾港及品清湖表層海水中重金屬綜合污染指數(shù)(WQI)的變化范圍在0.10～0.20之間,平均值為0.14,最大值(0.20)出現(xiàn)在Z9站.2008年1月(冬季),紅海灣海域的汕尾港及品清湖表層海水中重金屬綜合污染指數(shù)(WQI)的變化范圍在0.10～0.22之間,平均值為0.17,最大值(0.22)出現(xiàn)在J11、J14、Z8、Z9站.由圖3可見,2008年1月(冬季)品清湖各站位表層海水重金屬綜合污染指數(shù)(WQI)明顯高于2007年6月(夏季),汕尾港各站位表層海水重金屬綜合污染指數(shù)(WQI)的變化則較小.可見,這2次調(diào)查所有站位的表層海水重金屬綜合污染指數(shù)(WQI)均遠(yuǎn)小于1,屬無污染.2008年1月(冬季)的綜合污染指數(shù)(WQI)的平均值(0.17)略大于2007年6月(夏季)的綜合污染指數(shù)(WQI)的平均值(0.14).這表明2008年1月(冬季)調(diào)查海域表層海水中的重金屬污染較2007年6月(夏季)略有加重的趨勢.2.3海水淡化指標(biāo)與環(huán)境要素檢測的相關(guān)分析由于不同的環(huán)境因素對重金屬元素含量的影響不一樣,為探討環(huán)境因素對海水中重金屬含量的影響程度,采用多元線性回歸方法,分別計(jì)算了各重金屬元素的含量與同一站位的表層海水鹽度(S)、pH和化學(xué)需氧量(CCOD)測值之間的多元線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)(表5).由表5可見,環(huán)境因子對海水中重金屬元素的作用既有共性,又有個性,且也存在明顯的差異.總體上表現(xiàn)為:(1)重金屬元素含量與環(huán)境要素測值的相關(guān)系數(shù)大小不一,其中,在海水中遷移形態(tài)和化學(xué)性質(zhì)都比較穩(wěn)定的Pb與環(huán)境要素測值的相關(guān)程度較差(R=0.222),Hg含量與環(huán)境要素測值的復(fù)相關(guān)系數(shù)(R=0.516)在p<0.05水平上顯著;而在海水中遷移形態(tài)比較不穩(wěn)定和化學(xué)性質(zhì)又比較活潑的Zn、Cd、Cu與環(huán)境要素測值的相關(guān)程度在p<0.01的水平上達(dá)到顯著水平(復(fù)相關(guān)系數(shù)分別為0.699、0.614、0.566).(2)不同的重金屬元素含量受環(huán)境要素的影響程度不同,Zn、Cd、Cu含量以受海水COD、pH測值的影響為主,Hg含量主要受海水COD測值的影響,Pb含量主要受海水pH值的影響,海水鹽度對重金屬含量的影響不明顯.(3)這5種重金屬元素與環(huán)境要素測值的復(fù)相關(guān)系數(shù)按從大到小的順序排列大致為:Zn>Cd>Cu>Hg>Pb.可見,紅海灣表層海水中重金屬與環(huán)境要素測值間的相關(guān)程度不僅取決于它們在水體中的遷移形態(tài)和化學(xué)性質(zhì),而且還會受到環(huán)境理化要素的變化所制約,表明重金屬元素對環(huán)境要素的作用具有不同的選擇性.3紅海灣表層海水重金屬污染程度與環(huán)境要素的關(guān)系通過對2007年6月(夏季)和2008年1月(冬季)廣東紅海灣海域表層海水中重金屬含量的調(diào)查和評價,得到以下結(jié)論:(1)紅海灣海域的汕尾港及品清湖表層海水中重金屬元素Hg、Cu、Pb、Zn、Cd的含量較低,均符合國家二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求.(2)紅海灣海域的汕尾港及品清湖表層海水中重金屬元素Hg、Cu、Pb、Zn、Cd的單項(xiàng)污染指數(shù)(Cif)和所有站位的重金屬綜合污染指數(shù)(WQI)均