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胶州湾海域表层沉积物重金属元素分布特征与风险评价

胡睿 窦衍光 邹亮 林曦 薛碧颖 王蜜蕾 王青 解永健

胡睿,窦衍光,邹亮,等. 胶州湾海域表层沉积物重金属元素分布特征与风险评价[J]. 海洋地质前沿,2021,37(11):11-21 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.104
引用本文: 胡睿,窦衍光,邹亮,等. 胶州湾海域表层沉积物重金属元素分布特征与风险评价[J]. 海洋地质前沿,2021,37(11):11-21 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.104
HU Rui, DOU Yanguang, ZOU Liang, LIN Xi, XUE Biying, WANG Milei, WANG Qing, XIE Yongjian. DISTRIBUTION PATTERN AND RISK ASSESSMENT FOR HEAVY METALS IN THE SURFACE SEDIMENTS OF JIAOZHOU BAY[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(11): 11-21. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.104
Citation: HU Rui, DOU Yanguang, ZOU Liang, LIN Xi, XUE Biying, WANG Milei, WANG Qing, XIE Yongjian. DISTRIBUTION PATTERN AND RISK ASSESSMENT FOR HEAVY METALS IN THE SURFACE SEDIMENTS OF JIAOZHOU BAY[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(11): 11-21. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.104

胶州湾海域表层沉积物重金属元素分布特征与风险评价

doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.104
基金项目: 中国地质调查局地质调查二级项目“青岛多要素城市地质调查”(DD20189230);山东省自然资源厅2019年度省级地质勘查项目“山东省胶州湾海岸带综合地质调查项目”(鲁勘字(2019)50号)
详细信息
    作者简介:

    胡睿(1987—),男,硕士,助理研究员,主要从事海洋地质方面的研究工作. E-mail:pejahooray@hotmail.com

DISTRIBUTION PATTERN AND RISK ASSESSMENT FOR HEAVY METALS IN THE SURFACE SEDIMENTS OF JIAOZHOU BAY

  • 摘要: 分析了胶州湾海域150个站位表层沉积物Hg、Cd、Pb、Zn、Cu、Cr、As等7种重金属元素的分布特征,对海洋沉积物质量进行标准分类,利用地质积累指数法和潜在生态风险指数法,对重金属元素的污染程度和生态风险等级进行评价。结果表明,研究区表层沉积物重金属元素呈现由岸向海逐渐减少的分布特征,且胶州湾东部近岸区域高于西部区域。经计算评价,胶州湾内表层沉积物7种重金属元素平均含量均未超过《海洋沉积物质量(GB 18668—2002)》规定的第一类沉积物标准,研究区东侧部分站位达到二类和三类标准。研究区表层沉积物重金属总体污染程度属清洁—轻度污染,综合潜在生态风险程度低。自20世纪80年代以来,人类活动已成为影响胶州湾表层沉积物重金属元素分布的主要因素。
  • 图  1  胶州湾表层沉积物样品站位分布

    Figure  1.  Distribution of surface sediments samples from Jiaozhou Bay

    图  2  胶州湾表层沉积物重金属元素含量分布

    Figure  2.  Distribution of heavy metal contents in the surface sediments from Jiaozhou Bay

    图  3  胶州湾海洋沉积物质量标准分类

    Figure  3.  The standard classification of marine sediment quality of Jiaozhou Bay

    图  4  胶州湾表层沉积物重金属元素Igeo值分布

    Figure  4.  Distribution of heavy metal elements Igeo in surface sediments of Jiaozhou Bay

    图  5  胶州湾表层沉积物重金属元素RI值分布

    Figure  5.  Distribution of heavy metal elements RI in surface sediments of Jiaozhou Bay

    表  1  地质积累指数法污染程度分级

    Table  1.   Index of geoaccumulation and pollution levels

    IgeoIgeo≤00<Igeo≤11<Igeo≤22<Igeo≤33<Igeo≤44<Igeo≤5Igeo>5
    级别0123456
    污染程度清洁轻度偏中度中度偏重度重度严重
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    表  2  重金属的背景参照值和毒性系数

    Table  2.   Background reference values and toxicity coefficient of heavy metals

    重金属元素HgCdPbZnCuCrAs
    $ {C}_{n}^{i} $/(mg/kg)0.25170175509015
    $ {T}_{r}^{i} $4030515210
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    表  3  潜在生态风险指数法污染程度分级

    Table  3.   Potential ecological risk index and pollution levels

    $ {C}_{f}^{i} $单因子污染程度$ {C}_{d} $综合污染程度$ {E}_{r}^{i} $单因子潜在生态风险程度RI综合潜在生态风险程度
    <1<8<40<150
    1~3中等8~16中等40~80中等150~300中等
    3~616~3280~160较重300~600
    ≥6严重≥32严重160~320≥600严重
    ≥320严重
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    表  4  表层样重金属元素含量

    Table  4.   Heavy metal contents in surface sediments of Jiaozhou Bay

    /(mg/kg)
    重金属元素HgCdPbZnCuCrAs
    平均值(n=150) 0.11 0.10 30.58 85.50 30.15 62.94 8.54
    最大值 1.83 0.67 70.30 829.00 114.00 169.00 15.50
    最小值 0.0092 0.04 18.50 18.30 6.00 13.90 4.10
    标准差 0.17 0.10 8.50 73.79 16.11 20.36 2.19
    国家标准Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ类[25] 0.2/0.5/1 0.5/1.5/5 60/130/250 150/350/600 35/100/200 80/150/270 20/65/93
    胶州湾外海平均值[26] 0.04 0.09 25.25 47.51 17.57 48.58 8.44
    中国泉州湾[27] 0.40 0.59 67.70 179.60 71.40 82.00 21.70
    北部湾[28] 0.06 0.16 27.99 67.28 58.26 53.65 9.53
    美国加利福尼亚湾[29] 0.05 0.33 10.90 59.00 15.00 39.0 5.10
    爱琴海(莱斯沃斯岛)[30] 0.15 46.00 85.90 30.00 97.60
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    表  5  胶州湾表层沉积物重金属元素Igeo

    Table  5.   Geoaccumulation index(Igeo) of heavy metals in surface sediments of Jiaozhou Bay

    重金属元素HgCdPbZnCuCrAs
    Igeo最大值2.413.191.273.791.980.760.72
    Igeo最小值−5.23−0.88−0.66−1.71−2.27−2.85−1.20
    Igeo平均值−2.170.130.020.31−0.10−0.75−0.19
    总体污染程度清洁轻度轻度轻度清洁清洁清洁
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    表  6  胶州湾表层沉积物重金属元素生态风险评价

    Table  6.   Potential ecological risk assessments of heavy metals in surface sedimentsof Jiaozhou Bay

    HgCdPbZnCuCrAs$ {\mathrm{C}}_{\mathrm{d}} $RI
    $ {C}_{f}^{i} $$ {E}_{r}^{i} $$ {C}_{f}^{i} $$ {E}_{r}^{i} $$ {C}_{f}^{i} $$ {E}_{r}^{i} $$ {C}_{f}^{i} $$ {E}_{r}^{i} $$ {C}_{f}^{i} $$ {E}_{r}^{i} $$ {C}_{f}^{i} $$ {E}_{r}^{i} $$ {C}_{f}^{i} $$ {E}_{r}^{i} $
    最大值7.32292.800.6720.101.005.024.744.742.2811.401.883.761.0310.3318.23344.08
    最小值0.041.470.041.200.261.320.100.100.120.600.150.310.272.731.179.90
    平均值0.4518.030.102.920.442.180.490.490.603.010.701.400.575.693.3533.74
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    表  7  胶州湾沉积物主要来源

    Table  7.   Main sources of Jiaozhou Bay sediments

    /(104 t/a)
    时段1952—1959年1960—1969年1970—1979年1980—1989年
    沿岸河流输沙215.3140.841.52.94
    固体垃圾排放60100100161.15
    海岸侵蚀1111
    大气沉降6.56.56.56.5
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-28
  • 网络出版日期:  2021-10-11
  • 刊出日期:  2021-11-18

胶州湾海域表层沉积物重金属元素分布特征与风险评价

doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.104
    基金项目:  中国地质调查局地质调查二级项目“青岛多要素城市地质调查”(DD20189230);山东省自然资源厅2019年度省级地质勘查项目“山东省胶州湾海岸带综合地质调查项目”(鲁勘字(2019)50号)
    作者简介:

    胡睿(1987—),男,硕士,助理研究员,主要从事海洋地质方面的研究工作. E-mail:pejahooray@hotmail.com

摘要: 分析了胶州湾海域150个站位表层沉积物Hg、Cd、Pb、Zn、Cu、Cr、As等7种重金属元素的分布特征,对海洋沉积物质量进行标准分类,利用地质积累指数法和潜在生态风险指数法,对重金属元素的污染程度和生态风险等级进行评价。结果表明,研究区表层沉积物重金属元素呈现由岸向海逐渐减少的分布特征,且胶州湾东部近岸区域高于西部区域。经计算评价,胶州湾内表层沉积物7种重金属元素平均含量均未超过《海洋沉积物质量(GB 18668—2002)》规定的第一类沉积物标准,研究区东侧部分站位达到二类和三类标准。研究区表层沉积物重金属总体污染程度属清洁—轻度污染,综合潜在生态风险程度低。自20世纪80年代以来,人类活动已成为影响胶州湾表层沉积物重金属元素分布的主要因素。

English Abstract

胡睿,窦衍光,邹亮,等. 胶州湾海域表层沉积物重金属元素分布特征与风险评价[J]. 海洋地质前沿,2021,37(11):11-21 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.104
引用本文: 胡睿,窦衍光,邹亮,等. 胶州湾海域表层沉积物重金属元素分布特征与风险评价[J]. 海洋地质前沿,2021,37(11):11-21 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.104
HU Rui, DOU Yanguang, ZOU Liang, LIN Xi, XUE Biying, WANG Milei, WANG Qing, XIE Yongjian. DISTRIBUTION PATTERN AND RISK ASSESSMENT FOR HEAVY METALS IN THE SURFACE SEDIMENTS OF JIAOZHOU BAY[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(11): 11-21. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.104
Citation: HU Rui, DOU Yanguang, ZOU Liang, LIN Xi, XUE Biying, WANG Milei, WANG Qing, XIE Yongjian. DISTRIBUTION PATTERN AND RISK ASSESSMENT FOR HEAVY METALS IN THE SURFACE SEDIMENTS OF JIAOZHOU BAY[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(11): 11-21. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.104
    • 近海海域是一个动态且复杂的环境系统,大量陆源污染物汇聚于此。在其众多的污染物中,重金属因其污染持久性、生物地球化学循环作用和生态危害性而成为独特一类[1]。近年来,通过重金属污染调查与研究,揭示海洋环境和海洋沉积物的污染状况早已成为海洋科学技术的研究热点和难点问题。

      胶州湾位于山东半岛南部,是一个典型的半封闭海湾。20世纪70年代以来,胶州湾周边的青岛市人口急剧增长,由此带来的生活污水和工农业废水通过周边河流径流汇入胶州湾中,造成了胶州湾内生态环境急剧破坏,对海洋生态环境和人类健康造成严重威胁[2]。而海域沉积物作为重金属重要的“汇”和海水二次污染的“源”,在重金属运储和研究过程中发挥着重要作用[3-5]。一些学者在胶州湾重金属污染方面进行了大量工作[6-16],但时间久远,胶州湾海域生态环境质量亟待重新评估。

      本文依托2019年在胶州湾海域取得的150个表层沉积物样品,分析了其中7种重金属元素(Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As、Hg),揭示了胶州湾表层沉积物中重金属元素的分布特征,并运用地质积累指数法和潜在生态风险指数法对胶州湾重金属的潜在生态风险进行了评价,以期为胶州湾自然资源综合管理和生态修复工作提供支持。

    • 2019年,在胶州湾海域布设了150个表层沉积物取样站位(图1),采用箱式取样器进行取样。样品采集后用塑料勺取表层0~2 cm未受干扰的样品装入聚乙烯样品袋中,在0~4 ℃环境下保存待测。

      图  1  胶州湾表层沉积物样品站位分布

      Figure 1.  Distribution of surface sediments samples from Jiaozhou Bay

    • 重金属元素的测试由自然资源部海洋地质测试检测中心完成,依照《GB/T 20260—2006海底沉积物地球化学分析方法》中的具体要求执行。室内将样品解冻至室温,在烘箱中(<60 ℃)烘干24 h,用研钵将其研碎并全部通过250目筛,充分混匀后取样以供测定。Cu、Pb、Zn采用X荧光光谱法(XRF)测定,Cr、Cd采用等离子质谱法(ICP-MS)测定,As、Hg采用原子荧光光谱法(AFS)测定。为检测分析方法的精确性,将所有测试结果与标准沉积物样品进行对比,结果发现分析误差均<5%,表示测试结果准确可靠。

    • 地质积累指数法最早由MÜLLER于1969年提出[17],是一种研究沉积物中重金属污染的定量指标,可以反映沉积物中的重金属富集程度,被广泛应用于沉积物中重金属污染研究。其计算公式为:

      $${I_{{\rm{geo}}}} = {\log _2}\left( {{C_n}/{\rm{k}}{B_n}} \right)$$

      式中:Cn为重金属元素n在沉积物中的实测含量;

      Bn为重金属元素n在沉积母质中的地球化学背景值,根据以往的研究[15, 18],本文选取胶州湾中生代花岗岩中重金属元素的含量:As(6.28)、Cd(0.049)、Cr(66.63)、Cu(19.25)、Hg(0.23)、Pb(19.49)、Zn(39.98)[19],单位μg/g。

      k为考虑各地岩石的岩性差异可能会引起的背景值的变动而取的系数,通常取1.5。

      依据Igeo值将重金属污染程度划分为7个等级,即0~6级,表示污染程度由无污染至极强污染,地质积累指数与重金属污染程度关系见表1

      表 1  地质积累指数法污染程度分级

      Table 1.  Index of geoaccumulation and pollution levels

      IgeoIgeo≤00<Igeo≤11<Igeo≤22<Igeo≤33<Igeo≤44<Igeo≤5Igeo>5
      级别0123456
      污染程度清洁轻度偏中度中度偏重度重度严重
    • 潜在生态风险指数法由HAKANSON[20]于1980年提出,该方法综合考虑了重金属的毒性和评价区域重金属背景值差异,消除了区域差异和异源污染的影响,成为当前国际应用于沉积物重金属污染评价最广泛的方法之一[21-23]。其计算公式为:

      $$ {C}_{f}^{i}=\frac{{C}^{i}}{{C}_{n}^{i}} $$
      $$ {C}_{d}=\sum\limits_{i=1}^{n}{C}_{f}^{i} $$
      $$ {E}_{r}^{i}={T}_{r}^{i}*{C}_{f}^{i} $$
      $$ RI=\sum\limits_{i=1}^{n}{E}_{r}^{i}=\sum\limits_{i=1}^{n}{T}_{r}^{i}*{C}_{f}^{i}=\sum\limits_{i=1}^{n}{T}_{r}^{i}*\frac{{C}^{i}}{{C}_{n}^{i}} $$

      式中:$ {C}_{d} $为污染物总体污染参数;

      $ {E}_{r}^{i} $为污染物i的潜在生态风险参数;

      $ {C}_{f}^{i} $为污染物i的污染系数;

      $ {C}^{i} $为污染物的实测含量;

      $ {C}_{n}^{i} $为污染物i计算时的参比值,一般采用物业化以前的沉积物重金属最高背景值(表2[24]

      $ {T}_{r}^{i} $为污染物i的毒性响应参数,反映重金属毒性及生物对重金属污染的敏感程度(表2);

      RI为污染物潜在生态风险指数。$ {C}_{f}^{i} $$ {C}_{d} $$ {E}_{r}^{i} $RI值与潜在生态风险指数关系见表3

      表 2  重金属的背景参照值和毒性系数

      Table 2.  Background reference values and toxicity coefficient of heavy metals

      重金属元素HgCdPbZnCuCrAs
      $ {C}_{n}^{i} $/(mg/kg)0.25170175509015
      $ {T}_{r}^{i} $4030515210

      表 3  潜在生态风险指数法污染程度分级

      Table 3.  Potential ecological risk index and pollution levels

      $ {C}_{f}^{i} $单因子污染程度$ {C}_{d} $综合污染程度$ {E}_{r}^{i} $单因子潜在生态风险程度RI综合潜在生态风险程度
      <1<8<40<150
      1~3中等8~16中等40~80中等150~300中等
      3~616~3280~160较重300~600
      ≥6严重≥32严重160~320≥600严重
      ≥320严重
    • 从表层样重金属元素统计分析中可以看到(表4),研究区内沉积物重金属元素平均含量未超过国家海洋沉积物质量第一类标准,总体重金属污染物含量不高。根据胶州湾表层沉积物重金属元素分布(图2)可以看到,除Hg元素外,其余6种重金属元素分布总体特征比较相似,高值区大多分布在湾内自西侧洋河河口至东南侧大港码头一线的近岸海域,低值区分布在湾内中西部远岸海域,分布较为均匀。Hg元素含量总体不高,在湾东侧大港码头至北侧白沙河、墨水河河口段含量较高。

      表 4  表层样重金属元素含量

      Table 4.  Heavy metal contents in surface sediments of Jiaozhou Bay

      /(mg/kg)
      重金属元素HgCdPbZnCuCrAs
      平均值(n=150) 0.11 0.10 30.58 85.50 30.15 62.94 8.54
      最大值 1.83 0.67 70.30 829.00 114.00 169.00 15.50
      最小值 0.0092 0.04 18.50 18.30 6.00 13.90 4.10
      标准差 0.17 0.10 8.50 73.79 16.11 20.36 2.19
      国家标准Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ类[25] 0.2/0.5/1 0.5/1.5/5 60/130/250 150/350/600 35/100/200 80/150/270 20/65/93
      胶州湾外海平均值[26] 0.04 0.09 25.25 47.51 17.57 48.58 8.44
      中国泉州湾[27] 0.40 0.59 67.70 179.60 71.40 82.00 21.70
      北部湾[28] 0.06 0.16 27.99 67.28 58.26 53.65 9.53
      美国加利福尼亚湾[29] 0.05 0.33 10.90 59.00 15.00 39.0 5.10
      爱琴海(莱斯沃斯岛)[30] 0.15 46.00 85.90 30.00 97.60

      图  2  胶州湾表层沉积物重金属元素含量分布

      Figure 2.  Distribution of heavy metal contents in the surface sediments from Jiaozhou Bay

      值得注意的是,不同重金属元素的变化幅度较大,其中Pb、Zn、Cu、Cr元素极值差与标准差较其他元素明显偏大,某些站位Pb、Zn、Cu、Cr元素含量达到国家海洋沉积物二类甚至三类标准。对照海洋沉积物标准,绘制了胶州湾海洋沉积物质量分类图(图3)。可以看到,胶州湾大部分海域沉积物属于一类,重金属浓度总体偏低,沉积环境质量较好;二类沉积物主要分布在湾内西北侧大沽河河口附近沿岸与湾内东侧沿岸海域,这些区域Pb、Zn、Cu、Cr元素浓度有所升高;三类沉积物主要集中在大港码头、墨水河和白沙河河口处,为本研究沉积物重金属含量最大值分布区。

      图  3  胶州湾海洋沉积物质量标准分类

      Figure 3.  The standard classification of marine sediment quality of Jiaozhou Bay

      此外,同胶州湾外海相比(表4),湾内7种重金属含量明显偏高。同表4列举的国内外其他海湾相比,本研究区大多数重金属含量(Hg、Pb、Zn、Cr)比北部湾和美国加利福尼亚湾要高,但均低于中国泉州湾和爱琴海(莱斯沃斯岛)。总体来看,胶州湾表层沉积物重金属分布呈现由岸向海逐渐减少的分布特征,且东部区域高于西部区域。这主要是由于青岛市工业区位于胶州湾东部沿岸,湾内沉积物重金属含量受陆源物质输入、工业污染及人类活动等影响所致。

    • 根据地质累计指数计算公式得到出各重金属元素Igeo值,由结果可以看到(表5),研究区Hg、Cu、Cr、As 4种元素Igeo平均值为负,总体污染程度为清洁,Cd、Pb、Zn 3种元素Igeo平均值均<1,总体属轻度污染。结合图4可以看到,在全部150个站位中,Hg元素中有4个站位超标,其中1个属中度污染;Cd元素中有78个站位超标,约占总站位数的52%,其中有10个站位属偏中度污染,有2个站位属中度污染,有3个站位属偏重度污染;Pb元素中有66个站位超标,占总数的44%,其中3个属偏中度污染;Zn元素的污染面积较大,共有115个站位超标,达到总站位数的76.7%,其中4个属偏中度污染,3个属中度污染,1个属偏重度污染;Cu元素中有67个站位超标,其中6个属偏中度污染;Cr元素的污染面积较小,只有5个站位超标,属轻度污染;As元素中有32个站位超标,均属于轻度污染。根据地质积累指数法结果判断,本区域重金属污染程度总体偏低,属清洁—轻度污染程度,但Cd、Pb、Zn污染程度略高,在湾内东侧码头、河口等处汇集,且部分站位已属偏重度污染,亟需关注。各重金属元素污染程度依次为Zn>Cd>Pb>Cu>As>Cr>Hg。

      表 5  胶州湾表层沉积物重金属元素Igeo

      Table 5.  Geoaccumulation index(Igeo) of heavy metals in surface sediments of Jiaozhou Bay

      重金属元素HgCdPbZnCuCrAs
      Igeo最大值2.413.191.273.791.980.760.72
      Igeo最小值−5.23−0.88−0.66−1.71−2.27−2.85−1.20
      Igeo平均值−2.170.130.020.31−0.10−0.75−0.19
      总体污染程度清洁轻度轻度轻度清洁清洁清洁

      图  4  胶州湾表层沉积物重金属元素Igeo值分布

      Figure 4.  Distribution of heavy metal elements Igeo in surface sediments of Jiaozhou Bay

    • 根据$ {C}_{f}^{i} $$ {C}_{d} $$ {E}_{r}^{i} $RI值计算结果,研究区重金属单因子污染程度与生态危害程度评价结果见表6。从单因子污染程度$ {C}_{f}^{i} $结果来看,Hg元素有12个站位属于中等污染,1个严重污染;Cd元素全部为低污染站位;Pb元素1个站位属于中等污染;Zn有4个站位中等污染,1个站位重污染;Cu元素有7个站位属于中等污染;Cr有7个站位属于中等污染;As有2个站位属于中等污染。从综合污染程度$ {C}_{d} $结果来看,研究区绝大部分站位为低风险污染,仅有4个站位达到中等污染或重污染程度,分别位于大港码头与墨水河与白沙河河口处。从单因子潜在生态风险程度$ {{E}}_{{r}}^{{i}} $结果来看,除Hg元素外,Cd、Pb、Zn、Cu、Cr、As元素全部为低风险程度。Hg元素共有13个站位属于中等风险、2个较重风险、1个重风险,皆位于湾内东侧区域。从综合潜在生态风险程度RI结果来看(图5),只有1个站位达到重风险级别,RI值为344.08,这是由于该站位Hg元素含量较高且Hg毒性系数最大所致,除此站位外其余站位皆为低风险程度。研究区重金属元素生态风险参数排序依次为Hg>As>Cu>Cd>Pb>Cr>Zn。

      表 6  胶州湾表层沉积物重金属元素生态风险评价

      Table 6.  Potential ecological risk assessments of heavy metals in surface sedimentsof Jiaozhou Bay

      HgCdPbZnCuCrAs$ {\mathrm{C}}_{\mathrm{d}} $RI
      $ {C}_{f}^{i} $$ {E}_{r}^{i} $$ {C}_{f}^{i} $$ {E}_{r}^{i} $$ {C}_{f}^{i} $$ {E}_{r}^{i} $$ {C}_{f}^{i} $$ {E}_{r}^{i} $$ {C}_{f}^{i} $$ {E}_{r}^{i} $$ {C}_{f}^{i} $$ {E}_{r}^{i} $$ {C}_{f}^{i} $$ {E}_{r}^{i} $
      最大值7.32292.800.6720.101.005.024.744.742.2811.401.883.761.0310.3318.23344.08
      最小值0.041.470.041.200.261.320.100.100.120.600.150.310.272.731.179.90
      平均值0.4518.030.102.920.442.180.490.490.603.010.701.400.575.693.3533.74

      图  5  胶州湾表层沉积物重金属元素RI值分布

      Figure 5.  Distribution of heavy metal elements RI in surface sediments of Jiaozhou Bay

    • 近海沉积物中金属元素的来源主要有自然来源和人为来源。工业发展之前主要来自河流经过的地区,由于岩石风化,可溶性物质和悬浮物随着河流径流而迁移进入海洋。工业发展后,矿山开发的废弃物、工厂的排放物、农肥农产品的废弃物、大量生活污物都直接或间接通过河流排放入海,造成河口海岸区的污染[1]。由表7[12]可以看到,在20世纪80年代之前,胶州湾海域物质来源以大沽河、洋河、墨水河、白沙河、李村河、海泊河等沿岸河流输沙为主,根据以往的研究[31-32],同时期胶州湾表层沉积物中重金属以自然来源为主,受人为影响较小。

      表 7  胶州湾沉积物主要来源

      Table 7.  Main sources of Jiaozhou Bay sediments

      /(104 t/a)
      时段1952—1959年1960—1969年1970—1979年1980—1989年
      沿岸河流输沙215.3140.841.52.94
      固体垃圾排放60100100161.15
      海岸侵蚀1111
      大气沉降6.56.56.56.5

      现阶段胶州湾重金属分布高值区主要位于湾内东部和西北部近岸海域。其中胶州湾东部沿岸自青岛市工业发展以来,一直是主要的钢铁、化工、纺织、电力等重工业和港口的主要聚集区,结合表7可以看到,随着胶州湾周边人口快速增长和工农业的飞跃式发展,导致工农业废水、生活污水和固体垃圾的排放量逐渐增加。有研究表明[33],胶州湾东岸工业污水年排放量由20世纪80年代的约7.0×107 t/a快速增加至90年代初的约1.0×108 t/a,之后一直保持在约9.8×107t/a的水平;此外,由胶州湾西北部沿岸入海的大沽河是青岛地区的母亲河,其干流及支流流经青岛市主要农作物产区,因此,作为农药重要组分的重金属元素As随河水汇入胶州湾,并在河口区域出现了高值区。

    • (1)研究区表层沉积物7种重金属元素Hg、Cd、Pb、Zn、Cu、Cr、As的分布在胶州湾内呈现由岸向海逐渐减少的分布特征,且东部区域高于西部区域。高值区主要分布于胶州湾内东部和西北部近岸海域,低值区分布在湾内中西部远岸海域。

      (2)研究区表层沉积物7种重金属元素平均含量均未超过《海洋沉积物质量(GB 18668—2002)》[25]规定的第一类沉积物标准,胶州湾东部海域部分站位表层沉积物重金属元素Hg、Pb、Zn、Cu、Cr含量较高,沉积物质量达到二类和三类沉积物标准。

      (3)研究区表层沉积物重金属污染程度总体偏低,属清洁—轻度污染程度,但Cd、Pb、Zn污染面积较大,在胶州湾东部码头、河口等处汇集,部分站位属偏重度污染。各重金属元素污染程度依次为Zn > Cd > Pb > Cu > As > Cr > Hg。研究区表层沉积物重金属综合潜在生态风险程度低,研究区重金属元素生态风险参数排序依次为Hg>As>Cu>Cd>Pb>Cr>Zn。

      (4)自20世纪80年代以来,进入胶州湾的工农业废水、生活污水和固体垃圾的排放量逐渐增加,人类活动已成为影响胶州湾表层沉积物重金属元素分布的主要因素。

参考文献 (33)

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