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广利河口北潮滩重金属分布特征及评价

黄学勇 张戈 高茂生 侯国华 刘森 庄海海

黄学勇, 张戈, 高茂生, 侯国华, 刘森, 庄海海. 广利河口北潮滩重金属分布特征及评价[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(9): 43-50. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.09006
引用本文: 黄学勇, 张戈, 高茂生, 侯国华, 刘森, 庄海海. 广利河口北潮滩重金属分布特征及评价[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(9): 43-50. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.09006
HUANG Xueyong, ZHANG Ge, GAO Maosheng, HOU Guohua, LIU Sen, ZHUANG Haihai. DISTRIBUTION PATTERN AND ASSESSMENT OF HEAVY METALS IN THE SEDIMENTS OF NORTH GUANG-LI RIVER ESTUARY[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(9): 43-50. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.09006
Citation: HUANG Xueyong, ZHANG Ge, GAO Maosheng, HOU Guohua, LIU Sen, ZHUANG Haihai. DISTRIBUTION PATTERN AND ASSESSMENT OF HEAVY METALS IN THE SEDIMENTS OF NORTH GUANG-LI RIVER ESTUARY[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(9): 43-50. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.09006

广利河口北潮滩重金属分布特征及评价

doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.09006
基金项目: 

科技部基础性工作专项 2014FY210600

国家重点研发专项 2016YFC0402801

中国地质调查项目“渤海湾西部等重点海岸带综合地质调查” DD20160144

详细信息
    作者简介:

    黄学勇(1991—),男,在读硕士,主要从事海岸带环境研究方面的工作.E-mail:huangxy1110@126.com

    通讯作者:

    张戈(1959—),男,教授,主要从事水资源与环境研究方面的工作.E-mail:zhangge_dl@163.com

  • 中图分类号: P736.2

DISTRIBUTION PATTERN AND ASSESSMENT OF HEAVY METALS IN THE SEDIMENTS OF NORTH GUANG-LI RIVER ESTUARY

  • 摘要: 基于广利河口北潮滩45个表层沉物和2个岩心柱样重金属、粒度、TOC数据,分析了广利河口北潮滩沉积物重金属分布规律及其来源,采用内梅罗综合指数法进行质量评价。结果表明:Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As 7种元素含量低于国家一类标准;在空间分布特征上,距岸一定范围内数值相对较高,主要受沿岸余流作用的影响;就来源而言,Cr元素明显为广利河注入,表层、Z1和Z2沉积物粒度对重金属的控制作用有明显差异;研究区内Cr和As污染指数最高,Cu污染指数变化最大,综合污染指数呈“哑铃状”分布,靠近现代黄河口和广利河口各高值相对较高。目前广利河口北潮滩重金属含量没有到达污染的程度,但有向轻度污染发展的趋势。
  • 图  1  研究区位置、取样地点和沉积物类型示意图

    Figure  1.  Map of location showing sampling sites and sediment types

    图  2  表层沉积物重金属含量与平均粒径分布

    Figure  2.  Distribution patterns of heavy metals and mean grain size in the sediments of study area

    图  3  Z1、Z2沉积物重金属和TOC含量、粒度组分、平均粒径分布示意图

    Figure  3.  Distribution patterns of heavy metals, TOC, sediment types and mean grain size in Z1 and Z2

    图  4  广利河口北潮滩表层沉积物内梅罗综合污染指数评价结果

    Figure  4.  Results of Nemerow comprehensive pollution index assessment for surface sediments

    图  5  Z1、Z2沉积物内梅罗综合污染指数评价结果

    Figure  5.  Results of Nemerow comprehensive pollution index assessment in Z1 and Z2

    表  1  沉积物重金属的统计特征值

    Table  1.   Heavy metal contents of sediments

    特征值 Cu Pb Zn Cr Cd Hg As
    表层 最小值 1.20 12.20 40.40 51.70 0.06 0.008 7.79
    最大值 22.80 19.80 60.50 81.30 0.12 0.028 11.40
    平均值 9.16 17.08 47.23 61.54 0.084 0.015 9.51
    变异系数 0.54 0.086 0.092 0.11 0.202 0.30 0.076
    Z1 最小值 1.00 14.80 43.70 47.10 0.051 0.010 7.46
    最大值 25.00 21.50 68.20 93.60 0.18 0.039 15.90
    平均值 16.39 18.02 54.69 58.04 0.079 0.018 9.05
    变异系数 0.30 0.088 0.110 0.12 0.23 0.32 0.14
    Z2 最小值 8.10 15.00 44.50 40.40 0.059 0.006 8.49
    最大值 21.40 21.00 60.80 67.10 0.12 0.043 11.70
    平均值 13.66 17.96 50.27 55.84 0.082 0.015 10.24
    变异系数 0.22 0.068 0.087 0.10 0.16 0.44 0.071
    一类标准[22] 35.00 60.00 150.00 80.00 0.50 0.20 20.00
    二类标准[22] 100.00 130.00 350.00 150.00 1.50 0.50 65.00
    莱州湾[13] 21.96 21.99 60.41 60.00 0.12 0.05 12.64
    渤海[23] 22.00 20.00 64.00 57.00 0.09 0.04 9.00
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    表  2  广利河口北潮滩沉积物重金属元素富集系数

    Table  2.   Enrichment factor of heavy metal elements of the sediments in study area

    研究区域 Cu Pb Zn Cr Cd Hg As
    黄河[24] 表层 0.70 1.14 1.18 1.03 1.09 0.99 1.27
    Z1 1.26 1.20 1.37 0.97 1.02 1.17 1.21
    Z2 1.05 1.20 1.26 0.93 1.06 1.01 1.37
    莱州湾[13] 表层 0.42 0.78 0.78 1.03 0.70 0.29 0.75
    Z1 0.75 0.82 0.91 0.97 0.66 0.35 0.72
    Z2 0.62 0.82 0.83 0.93 0.68 0.30 0.81
    渤海[23] 表层 0.42 0.85 0.74 1.08 0.93 0.41 1.06
    Z1 0.74 0.90 0.85 1.02 0.88 0.49 1.01
    Z2 0.62 0.90 0.79 0.98 0.91 0.42 1.14
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    表  3  丰枯季重金属含量变化

    Table  3.   Comparison of heavy metal element contents between flooding and drying seasons

    样品号 Cu Pb Zn Cr Cd Hg As
    P1 潮上带 16 14.5 13 17 49.5 54 60.1 61 0.08 0.087 0.0098 0.013 7.79 9.79
    潮间带 10.2 11 18.6 18.3 48 49 61.4 62 0.092 0.084 0.012 0.016 9.58 11
    潮下带 6.2 9.2 16.8 18 41.2 44 57.2 59 0.066 0.059 0.01 0.014 10.1 10.1
    P4 潮上带 6.3 15.4 17.5 20.4 51.2 54 73.6 64 0.1 0.11 0.022 0.014 9 9.83
    潮间带 3 9.3 15.6 19.6 44.9 53 66.3 71 0.076 0.099 0.016 0.02 9.41 10.4
    潮下带 5.7 12.3 15.6 19.5 41.5 47 58.6 59 0.064 0.075 0.012 0.016 10.4 13.6
    P7 潮上带 15.2 13.4 16.2 16.8 53.6 54 57.8 64 0.11 0.1 0.015 0.018 9.71 11.2
    潮间带 7.9 8.3 17.8 16.6 46.6 49 66.5 67 0.077 0.096 0.018 0.022 9.04 10.6
    潮下带 8.9 7.2 16.7 17.7 46.5 44 56.7 60 0.078 0.081 0.015 0.017 10.1 10.7
    P10 潮上带 13.1 14.2 17.3 18.9 52.5 56 64.1 73 0.12 0.085 0.017 0.017 9.21 10.9
    潮间带 1.2 2.8 17.1 17.3 48.7 49 72.4 75 0.096 0.1 0.016 0.018 8.6 9.47
    潮下带 4.8 8.05 17.7 18.8 45.2 46 69.5 65 0.089 0.081 0.014 0.016 9.01 12
    P13 潮上带 4.15 13.7 16.8 14.2 43.3 47 66.3 19 0.066 0.04 0.011 0.014 8.35 9.81
    潮间带 2.1 7 16.3 17.6 42.9 42 74.9 55 0.071 0.079 0.0082 0.015 9.38 11.1
    潮下带 2.1 11.1 16.4 16.8 40.4 42 55.9 45 0.061 0.071 0.011 0.013 9.64 12.7
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    表  4  广利河口北潮滩表层沉积物元素相关性分析

    Table  4.   Correlation coefficients of the elements in the surface sediments of study area

    Cu Pb Zn Cr Cd Hg As 粉砂 黏土
    Cu 1.00
    Pb 0.15 1.00
    Zn 0.71 0.36 1.00
    Cr -0.52 0.18 0.03 1.00
    Cd 0.58 0.36 0.75 0.09 1.00
    Hg -0.08 0.33 0.18 0.29 0.06 1.00
    As 0.24 0.09 0.01 -0.39 -0.06 0.10 1.00
    -0.59 -0.25 -0.87 -0.14 -0.74 -0.03 0.28 1.00
    粉砂 0.56 0.56 0.56 0.17 0.72 0.03 -0.31 -1.00 1.00
    黏土 0.70 0.24 0.91 -0.06 0.75 0.05 -0.08 -0.90 0.86 1.00
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    表  5  Z1沉积物元素相关性分析

    Table  5.   Correlation coefficients between elements in Z1

    Cu Pb Zn Cr Cd Hg As TOC 粉砂 黏土
    Cu 1.00
    Pb 0.50 1.00
    Zn 0.79 0.66 1.00
    Cr -0.43 0.14 0.15 1.00
    Cd 0.49 0.51 0.64 0.11 1.00
    Hg 0.34 0.45 0.47 0.21 0.51 1.00
    As 0.23 0.15 0.35 0.16 0.29 0.47 1.00
    TOC 0.70 0.65 0.81 0.10 0.49 0.37 0.11 1.00
    -0.43 -0.26 -0.55 -0.14 -0.36 -0.33 -0.36 -0.30 1.00
    粉砂 0.39 0.16 0.45 0.07 0.23 0.17 0.32 0.26 -0.96 1.00
    黏土 0.37 0.43 0.61 0.27 0.55 0.64 0.33 0.31 -0.70 0.49 1.00
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    表  6  Z2沉积物元素相关性分析

    Table  6.   Correlation coefficients between elements in Z2

    Cu Pb Zn Cr Cd Hg As TOC 粉砂 黏土
    Cu 1.00
    Pb 0.24 1.00
    Zn 0.62 0.53 1.00
    Cr -0.28 0.51 0.46 1.00
    Cd 0.43 0.56 0.68 0.42 1.00
    Hg 0.52 0.32 0.62 0.26 0.45 1.00
    As 0.59 0.31 0.74 0.26 0.53 0.54 1.00
    TOC 0.48 0.54 0.87 0.55 0.64 0.57 0.71 1.00
    -0.41 -0.47 -0.73 -0.40 -0.52 -0.45 -0.45 -0.69 1.00
    粉砂 0.35 0.32 0.56 0.24 0.37 0.34 0.27 0.49 -0.95 1.00
    黏土 0.41 0.61 0.83 0.59 0.67 0.51 0.67 0.87 -0.75 0.52 1.00
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    表  7  广利河口北潮滩沉积物重金属单因子污染指数

    Table  7.   Single factor pollution index of heavy metals in the sediments of study area

    单因子污染指数 Cu Pb Zn Cr Cd Hg As
    最小值 0.055 0.610 0.631 0.907 0.667 0.228 0.866
    表层 最大值 1.036 0.990 0.945 1.426 1.333 0.778 1.267
    平均值 0.416 0.854 0.738 1.080 0.932 0.411 1.056
    最小值 0.045 0.740 0.683 0.826 0.567 0.278 0.829
    Z1 最大值 1.136 1.075 1.066 1.642 2.000 1.083 1.767
    平均值 0.745 0.901 0.855 1.018 0.876 0.489 1.005
    最小值 0.368 0.750 0.695 0.709 0.656 0.175 0.943
    Z2 最大值 0.973 1.050 0.950 1.177 1.333 1.194 1.300
    平均值 0.621 0.898 0.786 0.980 0.906 0.421 1.138
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-31
  • 刊出日期:  2018-09-28

广利河口北潮滩重金属分布特征及评价

doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.09006
    基金项目:

    科技部基础性工作专项 2014FY210600

    国家重点研发专项 2016YFC0402801

    中国地质调查项目“渤海湾西部等重点海岸带综合地质调查” DD20160144

    作者简介:

    黄学勇(1991—),男,在读硕士,主要从事海岸带环境研究方面的工作.E-mail:huangxy1110@126.com

    通讯作者: 张戈(1959—),男,教授,主要从事水资源与环境研究方面的工作.E-mail:zhangge_dl@163.com
  • 中图分类号: P736.2

摘要: 基于广利河口北潮滩45个表层沉物和2个岩心柱样重金属、粒度、TOC数据,分析了广利河口北潮滩沉积物重金属分布规律及其来源,采用内梅罗综合指数法进行质量评价。结果表明:Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As 7种元素含量低于国家一类标准;在空间分布特征上,距岸一定范围内数值相对较高,主要受沿岸余流作用的影响;就来源而言,Cr元素明显为广利河注入,表层、Z1和Z2沉积物粒度对重金属的控制作用有明显差异;研究区内Cr和As污染指数最高,Cu污染指数变化最大,综合污染指数呈“哑铃状”分布,靠近现代黄河口和广利河口各高值相对较高。目前广利河口北潮滩重金属含量没有到达污染的程度,但有向轻度污染发展的趋势。

English Abstract

黄学勇, 张戈, 高茂生, 侯国华, 刘森, 庄海海. 广利河口北潮滩重金属分布特征及评价[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(9): 43-50. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.09006
引用本文: 黄学勇, 张戈, 高茂生, 侯国华, 刘森, 庄海海. 广利河口北潮滩重金属分布特征及评价[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(9): 43-50. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.09006
HUANG Xueyong, ZHANG Ge, GAO Maosheng, HOU Guohua, LIU Sen, ZHUANG Haihai. DISTRIBUTION PATTERN AND ASSESSMENT OF HEAVY METALS IN THE SEDIMENTS OF NORTH GUANG-LI RIVER ESTUARY[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(9): 43-50. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.09006
Citation: HUANG Xueyong, ZHANG Ge, GAO Maosheng, HOU Guohua, LIU Sen, ZHUANG Haihai. DISTRIBUTION PATTERN AND ASSESSMENT OF HEAVY METALS IN THE SEDIMENTS OF NORTH GUANG-LI RIVER ESTUARY[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(9): 43-50. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.09006
  • 重金属作为近海环境中最主要的污染物之一[1, 2],对环境变化敏感, 反映特定时期内的沉积条件, 一部分重金属随外力作用搬运累积于潮间带上, 使潮间带成为重金属富集地[3, 4]。相比水体,潮间带沉积物中的重金属丰度高、易于准确检测,更容易受到环境变化影响[5]

    环渤海地区是我国最重要的经济发展地带之一,随着经济的发展,工业排污量增加,重金属污染问题日益严峻。近年来很多学者针对渤海海域重金属环境背景值[6]、分布特征和评价[7-9]以及对海洋生物的影响[10]展开了研究。其中,莱州湾作为重点研究区域之一,主要的研究范围有中部浅海区[11-14]、小清河口[15]、黄河口及附近海域[16, 17]。广利河口北潮滩位于莱州湾西岸,毗邻山东省东营市经济技术开发区,目前缺乏专门针对当地重金属分布特征及质量评价的研究,为此,本文根据广利河口北潮滩的45个表层沉积物和2个柱样岩心的重金属、粒度和有机碳数据,分析广利河口北潮滩沉积物重金属的分布规律,采用内梅罗综合指数法进行生态环境评价。

    • 采样点位东营市广利河口北部(图 1),37°20′—37°26′N,118°55′—119°0′E。广利河曾是入海的河道[18],后黄河归流,该河经过多年河流改造作用,演变为现在的河道[19]。广利港建设对沉积环境影响作用明显[20, 21]。2014年9月在广利河口北潮滩布设15条表层沉积物调查剖面,在每条剖面上布设3个表层取样站位,共采集了45个站位的沉积物样品。由北向南依次布设柱样,分别为Z1、Z2,按2 cm厚度的等间距取样。

      图  1  研究区位置、取样地点和沉积物类型示意图

      Figure 1.  Map of location showing sampling sites and sediment types

      所取样品中,采用等离子质谱法(ICP-MS)测定Pb、Cr、Cd,采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测定Cu、Zn,采用X荧光光谱法(XRF)测定Hg、As;容量法(VOL)测定TOC;粒度分析仪(Mastersizer2000)测定沉积物粒度组成,根据Fork三角图命名方法,表层沉积物类型为粉砂质砂和砂质粉砂。

    • 根据国家海洋沉积物质量标准[22],对Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As 7种元素含量进行分析统计(表 1),由表 1看出,表层样中Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As 7种元素平均含量分别为9.16、17.08、47.23、61.54、0.084、0.015、9.51 μg/g;Z1平均含量分别为16.39、18.02、54.69、58.04、0.079、0.018、9.05 μg/g;Z2平均含量分别为13.66、17.96、50.27、55.84、0.082、0.015、10.24 μg/g。最大值小于一类标准,表层样中Cu元素变异系数为0.543,说明表层样中Cu元素空间分布不均匀、离散性比较大。其余变异系数均小于0.35,说明空间分布较均匀、离散性小。

      表 1  沉积物重金属的统计特征值

      Table 1.  Heavy metal contents of sediments

      特征值 Cu Pb Zn Cr Cd Hg As
      表层 最小值 1.20 12.20 40.40 51.70 0.06 0.008 7.79
      最大值 22.80 19.80 60.50 81.30 0.12 0.028 11.40
      平均值 9.16 17.08 47.23 61.54 0.084 0.015 9.51
      变异系数 0.54 0.086 0.092 0.11 0.202 0.30 0.076
      Z1 最小值 1.00 14.80 43.70 47.10 0.051 0.010 7.46
      最大值 25.00 21.50 68.20 93.60 0.18 0.039 15.90
      平均值 16.39 18.02 54.69 58.04 0.079 0.018 9.05
      变异系数 0.30 0.088 0.110 0.12 0.23 0.32 0.14
      Z2 最小值 8.10 15.00 44.50 40.40 0.059 0.006 8.49
      最大值 21.40 21.00 60.80 67.10 0.12 0.043 11.70
      平均值 13.66 17.96 50.27 55.84 0.082 0.015 10.24
      变异系数 0.22 0.068 0.087 0.10 0.16 0.44 0.071
      一类标准[22] 35.00 60.00 150.00 80.00 0.50 0.20 20.00
      二类标准[22] 100.00 130.00 350.00 150.00 1.50 0.50 65.00
      莱州湾[13] 21.96 21.99 60.41 60.00 0.12 0.05 12.64
      渤海[23] 22.00 20.00 64.00 57.00 0.09 0.04 9.00

      为了说明元素贫化与富集程度,采用富集系数K(本区沉积物元素含量与其他地区沉积物含量比值)[23]与黄河、莱州湾和渤海沉积物进行比较(表 2),0.75<K<1.5时为接近,K<0.75时为贫化,K>1.5时为富集。与黄河沉积物相比,除表层沉积物中Cu富集系数若贫化(0.70)外,均为接近,除表层沉积物中得Hg外,富集系数均为1~1.5,说明黄河沉积物可能是该区重金属来源之一。相比莱州湾沉积物,表层和Z2沉积物中Pb、Zn、Cr、As富集系数为接近,其余为贫化;Z1沉积物中Cu、Pb、Zn、Cr富集系数为接近,其余为贫化。相比渤海沉积物,表层沉积物中Pb、Cr、Cd、As富集系数为接近,其余为贫化;Z1和Z2沉积物中Pb、Zn、Cr、Cd、As富集系数为接近,Cu元素为贫化。

      表 2  广利河口北潮滩沉积物重金属元素富集系数

      Table 2.  Enrichment factor of heavy metal elements of the sediments in study area

      研究区域 Cu Pb Zn Cr Cd Hg As
      黄河[24] 表层 0.70 1.14 1.18 1.03 1.09 0.99 1.27
      Z1 1.26 1.20 1.37 0.97 1.02 1.17 1.21
      Z2 1.05 1.20 1.26 0.93 1.06 1.01 1.37
      莱州湾[13] 表层 0.42 0.78 0.78 1.03 0.70 0.29 0.75
      Z1 0.75 0.82 0.91 0.97 0.66 0.35 0.72
      Z2 0.62 0.82 0.83 0.93 0.68 0.30 0.81
      渤海[23] 表层 0.42 0.85 0.74 1.08 0.93 0.41 1.06
      Z1 0.74 0.90 0.85 1.02 0.88 0.49 1.01
      Z2 0.62 0.90 0.79 0.98 0.91 0.42 1.14

      沉积物中重金属含量分布特征与海水动力、沿岸河流注入、生活生产污水排放等条件有关[25-27]。通过对P1、P4、P7、P10和P13重金属含量的丰枯季节变化(表 3),大部分站位元素枯季含量高于丰季。其中,广利河口附件(P13),Cr枯季含量明显减小,Cu枯季含量明显增加,As元素所有站位枯季含量均高于丰季。说明Cr元素来自于丰季广利河的注入,Cu和As来自沿岸生产生活污水排放,与本区工业发展类型有关。

      表 3  丰枯季重金属含量变化

      Table 3.  Comparison of heavy metal element contents between flooding and drying seasons

      样品号 Cu Pb Zn Cr Cd Hg As
      P1 潮上带 16 14.5 13 17 49.5 54 60.1 61 0.08 0.087 0.0098 0.013 7.79 9.79
      潮间带 10.2 11 18.6 18.3 48 49 61.4 62 0.092 0.084 0.012 0.016 9.58 11
      潮下带 6.2 9.2 16.8 18 41.2 44 57.2 59 0.066 0.059 0.01 0.014 10.1 10.1
      P4 潮上带 6.3 15.4 17.5 20.4 51.2 54 73.6 64 0.1 0.11 0.022 0.014 9 9.83
      潮间带 3 9.3 15.6 19.6 44.9 53 66.3 71 0.076 0.099 0.016 0.02 9.41 10.4
      潮下带 5.7 12.3 15.6 19.5 41.5 47 58.6 59 0.064 0.075 0.012 0.016 10.4 13.6
      P7 潮上带 15.2 13.4 16.2 16.8 53.6 54 57.8 64 0.11 0.1 0.015 0.018 9.71 11.2
      潮间带 7.9 8.3 17.8 16.6 46.6 49 66.5 67 0.077 0.096 0.018 0.022 9.04 10.6
      潮下带 8.9 7.2 16.7 17.7 46.5 44 56.7 60 0.078 0.081 0.015 0.017 10.1 10.7
      P10 潮上带 13.1 14.2 17.3 18.9 52.5 56 64.1 73 0.12 0.085 0.017 0.017 9.21 10.9
      潮间带 1.2 2.8 17.1 17.3 48.7 49 72.4 75 0.096 0.1 0.016 0.018 8.6 9.47
      潮下带 4.8 8.05 17.7 18.8 45.2 46 69.5 65 0.089 0.081 0.014 0.016 9.01 12
      P13 潮上带 4.15 13.7 16.8 14.2 43.3 47 66.3 19 0.066 0.04 0.011 0.014 8.35 9.81
      潮间带 2.1 7 16.3 17.6 42.9 42 74.9 55 0.071 0.079 0.0082 0.015 9.38 11.1
      潮下带 2.1 11.1 16.4 16.8 40.4 42 55.9 45 0.061 0.071 0.011 0.013 9.64 12.7
    • 表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As重金属含量分布和平均粒径数值如图 2所示。由图 2可以看出,Cu、Zn、Cd距岸越远含量越低,与平均粒径数值分布基本一致,随沉积物粒径变粗,元素含量逐渐变低。Pb的分布与岸线方向平行,由北向南含量先降低后升高。Cr由岸向海,含量先增加后降低。Hg含量由研究区东北向东南方向先增加后降低。As含量由研究区西南向西北方向先降低后升高。总体而言,重金属含量在广利河口附近有一个低值区域。Cu、Pb、Cr、Hg、As在距岸一定范围内形成一个峰值中心,这一分布特征与现代黄河口那侧的余流作用有关,余流对漂浮泥沙扩散作用明显[28],重金属随泥沙在余流作用下以旋涡为中心沉积下来。

      图  2  表层沉积物重金属含量与平均粒径分布

      Figure 2.  Distribution patterns of heavy metals and mean grain size in the sediments of study area

      岩心柱样中Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As含量和粒度组分垂向分布如图 3所示。Z1中Cu、Pb、Zn、Cd含量在垂向上高低相间,变化趋势与TOC含量变化趋势基本一致,Cr与As含量变化不大,只有在接近表层有一个含量峰值,Hg在0~92 cm范围内,含量逐渐增加,在92 cm与砂质含量变化一致,含量逐渐减少。Z2中,Hg含量垂向变化较小;Cu、Pb、Cd、As含量垂向变化与TOC变化趋势一致;Zn、Cr含量垂向变化与平均粒径变化趋势接近,在深度>80 cm时,Zn、Cr含量变化与砂质组分变化趋势一致。

      图  3  Z1、Z2沉积物重金属和TOC含量、粒度组分、平均粒径分布示意图

      Figure 3.  Distribution patterns of heavy metals, TOC, sediment types and mean grain size in Z1 and Z2

    • 沉积物粒度和TOC含量是影响沉积物重金属分布特征的2个重要参数[29]。表层沉积物的重金属间相关性和重金属与粒度相关性分析如表 4所示。Cu、Pb、Zn、Cd、Hg与黏土质和粉砂质呈一定正相关,Cu、Zn、Cd、Hg与黏土质相关性高于粉砂质,Pb与粉砂质相关性高于黏土质。Cr只与粉砂质存在正相关,As只与砂质存在正相关。说明Cu、Zn、Cd、Hg更多吸附于黏土质中,Pb和Cr更多吸附于粉砂质中,As则吸附于砂质中。Cu、Zn、Cd相互之间相关性均>0.5,说明具有同源性。

      表 4  广利河口北潮滩表层沉积物元素相关性分析

      Table 4.  Correlation coefficients of the elements in the surface sediments of study area

      Cu Pb Zn Cr Cd Hg As 粉砂 黏土
      Cu 1.00
      Pb 0.15 1.00
      Zn 0.71 0.36 1.00
      Cr -0.52 0.18 0.03 1.00
      Cd 0.58 0.36 0.75 0.09 1.00
      Hg -0.08 0.33 0.18 0.29 0.06 1.00
      As 0.24 0.09 0.01 -0.39 -0.06 0.10 1.00
      -0.59 -0.25 -0.87 -0.14 -0.74 -0.03 0.28 1.00
      粉砂 0.56 0.56 0.56 0.17 0.72 0.03 -0.31 -1.00 1.00
      黏土 0.70 0.24 0.91 -0.06 0.75 0.05 -0.08 -0.90 0.86 1.00

      Z1沉积物重金属间相关性和重金属与粒度、TOC相关性分析如表 5所示。粉砂质与黏土质与TOC相关性分别为0.26、0.31,说明TOC在粒径的分布相对分散。Z1内粉砂、黏土、TOC与重金属相关性均呈一定正相关,说明重金属与TOC在沉积物中分别范围较广,其中,Cu、Pb、Zn在TOC中相对富集,Zn、Cd、Hg在黏土质中相对富集。Cu、Pb、Zn、Cd相互之间具有显著相关性,说明物质来源相近。

      表 5  Z1沉积物元素相关性分析

      Table 5.  Correlation coefficients between elements in Z1

      Cu Pb Zn Cr Cd Hg As TOC 粉砂 黏土
      Cu 1.00
      Pb 0.50 1.00
      Zn 0.79 0.66 1.00
      Cr -0.43 0.14 0.15 1.00
      Cd 0.49 0.51 0.64 0.11 1.00
      Hg 0.34 0.45 0.47 0.21 0.51 1.00
      As 0.23 0.15 0.35 0.16 0.29 0.47 1.00
      TOC 0.70 0.65 0.81 0.10 0.49 0.37 0.11 1.00
      -0.43 -0.26 -0.55 -0.14 -0.36 -0.33 -0.36 -0.30 1.00
      粉砂 0.39 0.16 0.45 0.07 0.23 0.17 0.32 0.26 -0.96 1.00
      黏土 0.37 0.43 0.61 0.27 0.55 0.64 0.33 0.31 -0.70 0.49 1.00

      Z2沉积物重金属间相关性和重金属与粒度、TOC相关性分析如表 6所示。黏土质与TOC相关性为0.87,符合通常情况下,TOC富集在细颗粒沉积物(黏土质)中的研究结果[30, 31]。除Cu外,重金属与TOC、黏土相关性均>0.5。说明在Z2中,重金属与TOC通过表面络合、离子交换、表面沉淀等方式吸附于黏土质中。Pb、Zn、Cd相关性显著,Cu、Hg、As相关性显著说明物质来源相近。

      表 6  Z2沉积物元素相关性分析

      Table 6.  Correlation coefficients between elements in Z2

      Cu Pb Zn Cr Cd Hg As TOC 粉砂 黏土
      Cu 1.00
      Pb 0.24 1.00
      Zn 0.62 0.53 1.00
      Cr -0.28 0.51 0.46 1.00
      Cd 0.43 0.56 0.68 0.42 1.00
      Hg 0.52 0.32 0.62 0.26 0.45 1.00
      As 0.59 0.31 0.74 0.26 0.53 0.54 1.00
      TOC 0.48 0.54 0.87 0.55 0.64 0.57 0.71 1.00
      -0.41 -0.47 -0.73 -0.40 -0.52 -0.45 -0.45 -0.69 1.00
      粉砂 0.35 0.32 0.56 0.24 0.37 0.34 0.27 0.49 -0.95 1.00
      黏土 0.41 0.61 0.83 0.59 0.67 0.51 0.67 0.87 -0.75 0.52 1.00
    • 内梅罗指数法是目前国内外进行综合污染指数计算最常用的多因子综合评价方法[8]

      其计算公式为:

      $$ P=\sqrt{\frac{\left(P_{i \max }\right)^{2}+\left(P_{i \operatorname{avr}}\right)^{2}}{2}} $$ (1)

      式中:P为内梅罗污染污染指数;

      Pimax为各污染因子污染指数最大值;

      Piavr为各污染因子污染指数平均值。

      当内梅罗指数P<1时,污染程度为无;当1≤P<2.5时为轻度污染。

      公式(1)中单因子污染指数Pi计算公式为:

      $$ P_{i}=\frac{\rho_{i}}{S_{i}} $$ (2)

      式中:ρi为沉积物i中的实测浓度值;

      Si为沉积物i中污染物评价标准,本文选取《中国浅海沉积物地球化学》[23]中渤海沉积物重金属背景值作为评价标准(表 1)。

      根据公式(2)计算表层、Z1、Z2沉积物重金属污染指数如表 7所示,Z1各单因子污染指数高于表层和Z2。Cr与As污染指数最高,Cu污染指数数值变化最大。

      表 7  广利河口北潮滩沉积物重金属单因子污染指数

      Table 7.  Single factor pollution index of heavy metals in the sediments of study area

      单因子污染指数 Cu Pb Zn Cr Cd Hg As
      最小值 0.055 0.610 0.631 0.907 0.667 0.228 0.866
      表层 最大值 1.036 0.990 0.945 1.426 1.333 0.778 1.267
      平均值 0.416 0.854 0.738 1.080 0.932 0.411 1.056
      最小值 0.045 0.740 0.683 0.826 0.567 0.278 0.829
      Z1 最大值 1.136 1.075 1.066 1.642 2.000 1.083 1.767
      平均值 0.745 0.901 0.855 1.018 0.876 0.489 1.005
      最小值 0.368 0.750 0.695 0.709 0.656 0.175 0.943
      Z2 最大值 0.973 1.050 0.950 1.177 1.333 1.194 1.300
      平均值 0.621 0.898 0.786 0.980 0.906 0.421 1.138

      运用内梅罗综合指数法对沉积物中Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As进行评价。评价结果表明,表层沉积物P值均 < 1,距岸越远,污染指数越小。总体而言,广利河口北潮滩表层污染指数分别呈“哑铃状”分布(图 4)。广利河以北约2 km处数值最高(0.96)。距离广利河口约4 km处,等值线向岸凸起,数值低于两侧海域。Z1和Z2沉积物P值大多<1,Z1中污染指数垂向变化相对稳定,基本在0.8左右;Z2污染指数在垂向上呈多旋回变化,污染数值在0.6~1之间变化(图 5)。Z2污染指数变化反应了广利河注入对重金属含量变化的影响。

      图  4  广利河口北潮滩表层沉积物内梅罗综合污染指数评价结果

      Figure 4.  Results of Nemerow comprehensive pollution index assessment for surface sediments

      图  5  Z1、Z2沉积物内梅罗综合污染指数评价结果

      Figure 5.  Results of Nemerow comprehensive pollution index assessment in Z1 and Z2

    • (1) 广利河口北潮滩表层沉积物和岩心柱样沉积物Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As等7种元素平均含量低于国家海洋沉积物质量规范一类标准。最大值也低于国家一类标准,但数值接近。目前广利河口北潮滩重金属含量较小,但呈现增长趋势,在距岸一定范围内重金属含量较高与现代黄河口南侧余流有关。

      (2) 重金属分布受沉积物粒度影响明显。在表层沉积物中,Cu、Zn、Cd、Hg受黏土质控制,Pb、Cr受粉砂质控制,As受砂质控制。Z1重金属受粒度和TOC控制作用相对较弱,仅有Zn同时受TOC和黏土质控制,Cu、Pb相对富集在TOC中,Cd、Hg相对富集在黏土质中;Z2重金属分布受黏土质控制明显,与TOC共同富集于黏土质中。

      (3) 单因子污染指数中,Cr与As数值最高,Cu数值变化最大。研究区内,靠近现代黄河口方向和广利河口方向综合污染指数数值最高,有向轻度污染发展的趋势。柱样中,Z1沉积物综合污染指数数值基本保持稳定;靠近广利河口的Z2数值呈多旋回变化,垂向上呈增加趋势。

参考文献 (31)

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