何松琴 , 宋金明 , 李學(xué)剛 , 劉志剛

(1. 浙江省舟山海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站, 浙江 舟山 316000; 2. 中國(guó)科學(xué)院 海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島266071; 3. 浙江省舟山市海洋與漁業(yè)局, 浙江 舟山 316000)

長(zhǎng)江口及鄰近海域夏季表層沉積物中重金屬等的分布、來源與沉積物環(huán)境質(zhì)量

何松琴1, 宋金明2, 李學(xué)剛2, 劉志剛3

(1. 浙江省舟山海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站, 浙江 舟山 316000; 2. 中國(guó)科學(xué)院 海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島266071; 3. 浙江省舟山市海洋與漁業(yè)局, 浙江 舟山 316000)

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究報(bào)道了長(zhǎng)江口及鄰近海域表層沉積物中重金屬、有機(jī)碳、石油類、硫化物以及氮磷的分布、來源以及沉積物環(huán)境質(zhì)量。結(jié)果顯示, 長(zhǎng)江口及鄰近海域表層沉積物中重金屬、有機(jī)碳、石油類、硫化物以及氮磷的分布很不均勻, 除硫化物外, 重金屬、有機(jī)碳、石油類以及氮磷基本呈現(xiàn)長(zhǎng)江口和杭州灣東北近岸的上海外海出現(xiàn)高值, 其他區(qū)域濃度較低。硫化物在長(zhǎng)江口外、杭州灣西部以及舟山群島東南海域出現(xiàn)高值, 與這一區(qū)域低氧區(qū)的分布基本一致。長(zhǎng)江口及鄰近海域表層沉積物中重金屬、有機(jī)碳、石油類、硫化物以及氮磷主要來自于長(zhǎng)江及陸源排污, 長(zhǎng)江等河流的輸入占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 且影響這一整體海域, 陸源排污主要影響排污的近岸區(qū)域。單因子評(píng)價(jià)的結(jié)果顯示, 長(zhǎng)江口及鄰近海域表層沉積物各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)均符合國(guó)家一類沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn), 調(diào)查海域表層沉積物質(zhì)量?jī)?yōu)良。

重金屬; 分布; 來源; 表層沉積物; 長(zhǎng)江口及鄰近海域

海洋沉積物記錄了物質(zhì)來源和環(huán)境演變的訊息,剖析沉積物的地球化學(xué)特征是獲取這些訊息的基礎(chǔ),所以, 研究海洋沉積物地球化學(xué)特征歷來受到科學(xué)家們的重視[1-6]。近年來, 長(zhǎng)江口及鄰近海域由于受人類活動(dòng)影響, 水體明顯富營(yíng)養(yǎng)化, 生態(tài)環(huán)境有惡化的趨勢(shì)[7], 研究這一海域沉積物的地球化學(xué)特征對(duì)探討長(zhǎng)江徑流物質(zhì)的輸運(yùn)規(guī)律與人為影響下河口的生物地球化學(xué)過程具有重要的科學(xué)價(jià)值。盡管這一海域有關(guān)沉積物化學(xué)特征已有不少的研究報(bào)道[8-10], 但由于長(zhǎng)江源源不斷大量輸入物的沉積和研究關(guān)注點(diǎn)的不同, 基于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究探討長(zhǎng)江口及鄰近海域沉積物中的地球化學(xué)參數(shù)的分布特征及其變化規(guī)律仍有現(xiàn)實(shí)的科學(xué)意義。

本文利用2005年夏季長(zhǎng)江口及鄰近海域表層沉積物調(diào)查資料, 研究了表層沉積物中重金屬、有機(jī)碳、石油類、硫化物以及氮磷的分布特征, 初步分析了沉積物中這些組分的來源, 用現(xiàn)行的我國(guó)海洋沉積物環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)了沉積物質(zhì)量。

1 采樣與分析

1.1 樣品的采集

于2005年7月5～13日乘“浙海環(huán)監(jiān)”號(hào)海洋調(diào)查船, 在 32°00′～29°30′N, 123°E 以西 38 040 平方千米海域調(diào)查內(nèi)設(shè)49個(gè)站, 用DAY型抓斗式采集器采集表層沉積物, 采樣站位見圖1。表層沉積物樣品按《國(guó)家海洋調(diào)查規(guī)范》進(jìn)行保存與處理。

1.2 樣品的分析測(cè)定

表層沉積物中的Cu、Zn用火焰原子吸收法測(cè)定,相對(duì)誤差分別為-0.36%和-1.2%; Pb、Cd用無石墨爐火焰原子吸收法測(cè)定, 相對(duì)誤差分別為-0.78%和-4.7%; As、Hg用原子熒光法測(cè)定, 相對(duì)誤差分別為-3.0%和 2.1%; 有機(jī)碳用重鉻酸鉀氧化-亞鐵容量法測(cè)定, 相對(duì)誤差分別為-4.2%; 石油類用熒光分光光度法測(cè)定, 平行樣相對(duì)偏差 0～9.1%; 硫化物用亞甲基蘭分光光度法測(cè)定, 平行樣相對(duì)偏差 0～5.4%; 總氮、總磷用過硫酸鉀氧化后分別用銅鎘還原柱還原萘乙二胺分光光度法和磷鉬藍(lán)法測(cè)定, 平行樣相對(duì)偏差分別為0.5%～6.9%和0.1%～7.6%。

圖1 長(zhǎng)江口及鄰近海域表層沉積物采樣站位Fig. 1 Sampling sites of the surface sediments in the Changjiang estuarine and its adjacent regions

2 結(jié)果與討論

2.1 表層沉積物中重金屬、有機(jī)碳、石油類、硫化物以及氮磷的分布特征

2.1.1 重金屬的分布特征

圖2是長(zhǎng)江口及鄰近海域表層沉積物中重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的平面分布圖。從圖中可見 Cu濃度范圍為 5.1～34.4 mg/kg, 均值 23.4 mg/kg。最高值出現(xiàn)在長(zhǎng)江口14號(hào)站, 最低值出現(xiàn)在南通以東的長(zhǎng)江口北支入?？诘?6號(hào)站, 在長(zhǎng)江口南匯咀外、杭州灣北部區(qū)域及岱衢洋東部海域存在30 mg/kg的相對(duì)高值區(qū), 而在南通以東的長(zhǎng)江口北支入海口有一個(gè)10 mg/kg相對(duì)低值區(qū)。

Pb濃度范圍為 11.6～34.8 mg/kg, 均值 19.3 mg/kg。最高值出現(xiàn)在長(zhǎng)江口南支入?？跂|北部的 2號(hào)站, 最低值出現(xiàn)在定海東南部的 42號(hào)站, 在長(zhǎng)江口北支出?？跂|部、杭州灣北部區(qū)域存在相對(duì)高值區(qū), 在定海東部海域沉積物中鉛的含量相對(duì)較低。

Zn濃度范圍為 40.1～90.4 mg/kg, 均值 72.0 mg/kg。最高值出現(xiàn)在杭州灣北部20號(hào)站, 最低值出現(xiàn)在南通以東的長(zhǎng)江口北支入?？?6號(hào)站, 在杭州灣北部區(qū)域及岱衢洋東部海域存在90 mg/kg的相對(duì)高值區(qū), 在南通以東的長(zhǎng)江口北支入海口存在一個(gè)50 mg/kg的相對(duì)低值區(qū)。對(duì)沉積物中銅與鋅的線性相關(guān)分析表明, 在調(diào)查海域沉積物中銅與鋅具有明顯的線性相關(guān), 顯著性水平大于 99.9 %(P＜0.001),這一海域沉積物中銅與鋅的來源及參與的早期成巖過程相近[1]。

Cd濃度范圍為＜0.040～0.285 mg/kg, 均值0.130 mg/kg。最高值出現(xiàn)在長(zhǎng)江口南支入?？诘?0號(hào)站,最低值出現(xiàn)在長(zhǎng)江口北支入?？诘?6號(hào)站, 在長(zhǎng)江口北支入?？谝约昂贾轂潮辈繀^(qū)域存在相對(duì)的高值區(qū)域, 在長(zhǎng)江口北支入海口存在一個(gè)低值區(qū)域, 在調(diào)查海域的東部沉積物中鎘的含量相對(duì)較低。

圖2 表層沉積物中銅、鉛、鋅、鎘、汞和砷(mg/kg)平面分布Fig. 2 Distributions of Cu, Pb, Zn, Cd, Hg and As in the surface sediments

Hg濃度范圍為 0.011～0.184 mg/kg, 均值 0.064 mg/kg。最高值出現(xiàn)在杭州灣北部24號(hào)站, 最低值出現(xiàn)在長(zhǎng)江口北支入?？跂|部的 5號(hào)站, 在杭州灣北部區(qū)域存在一個(gè)0.17 mg/kg 高值區(qū)域, 其余調(diào)查海域的沉積物中汞的含量相對(duì)較低。

As濃度范圍為 5.78～13.2 mg/kg, 均值 9.87 mg/kg。最高值出現(xiàn)在33號(hào)站, 最低值出現(xiàn)在杭州灣內(nèi)的26號(hào)站, 在長(zhǎng)江口南匯咀外、杭州灣北部區(qū)域、岱衢洋東部海域以及南通以東的長(zhǎng)江口北支入?？诖嬖?2 mg/kg的相對(duì)高值區(qū), 在舟山本島北部海域存在一個(gè)8 mg/kg的相對(duì)低值區(qū)。

2.1.2 有機(jī)碳、石油類、硫化物的分布特征

有機(jī)碳、石油類、硫化物平面分布如圖3所示。有機(jī)碳范圍為 0.018%～0.720%, 均值 0.428%。最高值出現(xiàn)在定海東北部28號(hào)站, 最低值出現(xiàn)在長(zhǎng)江口北支入?？?號(hào)站。有機(jī)碳含量呈現(xiàn)南北分布, 在南北走向的中部區(qū)域, 杭州灣及其灣口東部區(qū)域沉積物中有機(jī)碳含量相對(duì)較高, 在調(diào)查海域的北部和東南部區(qū)域沉積物中有機(jī)碳的含量相對(duì)較低, 在長(zhǎng)江口有一個(gè)低值區(qū)域。

圖3 表層沉積物中有機(jī)碳(%)、石油類、硫化物(mg/kg)平面分布Fig. 3 Distributions of OC(%), oils and sulfides in the surface sediments

石油類范圍為＜2.0～16.0 mg/kg, 均值4.0 mg/kg。最高值出現(xiàn)在長(zhǎng)江口南支入?？?4號(hào)站, 有7個(gè)站位未檢出, 調(diào)查海域沉積物中石油類含量均較低,在長(zhǎng)江口南支入?？谑皖惡砍霈F(xiàn)14.0 mg/kg高值區(qū), 長(zhǎng)江口北支入?？诤Ｓ?yàn)橐坏椭祬^(qū)。

硫化物范圍為＜0.3～56.7 mg/kg, 均值8.6 mg/kg。最高值出現(xiàn)在定海東南部40號(hào)站, 有10個(gè)站位未檢出, 在長(zhǎng)江口北支入海口、杭州灣西部以及定海東南部沉積物中硫化物的含量有 3個(gè)高值區(qū), 在杭州灣東北部及灣口東部出現(xiàn)一個(gè)低值區(qū)域, 硫化物的分布趨勢(shì)與這一海域低氧區(qū)的分布基本一致[2]。

2.1.3 氮、磷的分布特征

總氮范圍為 26.4～298.0 mg/kg, 均值 154.4 mg/kg(圖 4)。最高值出現(xiàn)在長(zhǎng)江口北支入?？跂|北部1號(hào)站, 最低值出現(xiàn)在長(zhǎng)江口北支入海口東部5號(hào)站, 在長(zhǎng)江口北支入?？跂|北部、杭州灣西部以及定海東南部和調(diào)查海域東邊中部地區(qū)沉積物中總氮含量有 4個(gè)高值區(qū), 在長(zhǎng)江口北支入?？诔霈F(xiàn)一個(gè)低值區(qū)域。

總磷范圍為2.45～27.8 mg/kg, 均值12.6 mg/kg。最高值出現(xiàn)在長(zhǎng)江口北支入海口 6號(hào)站, 最低值出現(xiàn)在長(zhǎng)江口南支入?？?9號(hào)站, 在長(zhǎng)江口北支入?？诔练e物中總磷的含量有一個(gè) 26 mg/kg的高值區(qū),在長(zhǎng)江口南支入?？谀喜砍霈F(xiàn)一個(gè)低值區(qū)域。沉積物中氮磷的分布反映了它們供給源的大體情況[1-2]。

2.2 沉積物中重金屬、有機(jī)碳、石油類、硫化物以及氮磷的來源

長(zhǎng)江口及鄰近海域沉積物中的重金屬、有機(jī)碳、石油類、硫化物以及氮磷主要來自于陸源污染的輸入, 包括兩大途徑, 即這一區(qū)域的直排海污染源和以長(zhǎng)江為主的河流輸入[1-2,11]。

2.2.1 來自直排海污染源

長(zhǎng)江口及鄰近海域有大量的直排入海排污口,每年排入的污水量達(dá) 100多萬噸, 這其中含有的氮和磷就達(dá)20000多噸和1000多噸, 排放口中工業(yè)源的數(shù)量占 4/5, 但來自直排海污染源的主要污染物來自綜合排污源, 這些污染物入海后有相當(dāng)部分沉降至底部, 對(duì)沉積物中的重金屬、有機(jī)碳、石油類、硫化物以及氮磷產(chǎn)生貢獻(xiàn)。

2.2.2 來自以長(zhǎng)江為主的河流輸入

入海河流帶入的大量污染物質(zhì)是長(zhǎng)江口及鄰近海域沉積物污染組分的最重要來源。長(zhǎng)江口及鄰近海域入海河流流量可達(dá)1 000億m3/a, 帶入的氮和磷就達(dá)200多萬噸和20萬噸, 這一區(qū)域長(zhǎng)江和錢塘江分別占區(qū)域總河流流量的 96.4%和 3.2%, 這兩條河流帶入的污染物質(zhì)也占了總河流輸入的絕大部分,如輸入的氮磷長(zhǎng)江分別占93.4%和98.0%, 錢塘江分別占4.7%和1.3%。河流帶入的這些物質(zhì)據(jù)初步估算,約 5%～10%沉降進(jìn)入沉積物, 對(duì)沉積物的地球化學(xué)特征產(chǎn)生影響[2,12]。

2.3 長(zhǎng)江口及鄰近海域沉積物的環(huán)境質(zhì)量

評(píng)價(jià)因子選取銅、鉛、鋅、鎘、汞、砷、有機(jī)碳、石油類和硫化物共9項(xiàng), 采用《海洋沉積物質(zhì)量》(GB18668-2002)單因子評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn), 即該站位任一指標(biāo)測(cè)值超過第一類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的, 即為第二類沉積物質(zhì)量, 超過第二類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的即為第三類沉積物質(zhì)量, 超過第三類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的, 即為劣三類沉積物質(zhì)量。平均值和超標(biāo)率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以樣品數(shù)為計(jì)算單元。評(píng)價(jià)區(qū)域整體沉積物質(zhì)量狀況時(shí), 按等級(jí)劃分分別表征為沉積物質(zhì)量?jī)?yōu)良、一般、差、極差四級(jí)。

評(píng)價(jià)結(jié)果是調(diào)查海域中沉積物各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)無一超標(biāo), 均符合國(guó)家一類沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。表明調(diào)查海域表層沉積物質(zhì)量良好, 沉積物質(zhì)量為優(yōu)良。

圖4 沉積物中總氮和總磷(mg/kg)平面分布Fig. 4 Distributions of TN and TP in the surface sediments

3 結(jié)論

通過對(duì)長(zhǎng)江口及鄰近海域表層沉積物中重金屬、有機(jī)碳、石油類、硫化物以及氮磷的研究, 獲得了以下的主要結(jié)論：

1) 長(zhǎng)江口及鄰近海域表層沉積物中重金屬、有機(jī)碳、石油類、硫化物以及氮磷的分布很不均勻, 除硫化物外, 重金屬、有機(jī)碳、石油類以及氮磷基本呈現(xiàn)長(zhǎng)江口和杭州灣東北近岸的上海外海出現(xiàn)高值,其他區(qū)域濃度較低。硫化物呈現(xiàn)長(zhǎng)江口外、杭州灣西部以及舟山群島東南海域出現(xiàn)高值, 與這一區(qū)域低氧區(qū)的分布基本一致。

2) 長(zhǎng)江口及鄰近海域表層沉積物中重金屬、有機(jī)碳、石油類、硫化物以及氮磷主要來自于的長(zhǎng)江及陸源排污, 長(zhǎng)江等河流的輸入占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 且影響這一整體海域, 陸源排污主要影響排污的近岸區(qū)域。

3) 單因子評(píng)價(jià)的結(jié)果顯示, 長(zhǎng)江口及鄰近海域表層沉積物各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)均符合國(guó)家一類沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn), 調(diào)查海域表層沉積物質(zhì)量?jī)?yōu)良。

[1]宋金明. 中國(guó)近海生物地球化學(xué)[M]. 山東科技出版社, 2004： 1-591.

[2]Song Jinming. Biogeochemical Processes of Biogenic Elements in China Marginal Seas[M]. Springer-Verlag GmbH & Zhejiang University Press, 2010. 1-662

[3]Ellegaard M, Clarke A L, Reuss N, et al. Multi-proxy evidence of long-term changes in ecosystem structure in a Danish marine estuary, linked to increased nutrient loading[J]. Estuarine Coastal and Shelf Science,2006,68(3-4)： 567-578.

[4]Hori K, Saito Y, Zhao Q H, et al. Sedimentary facies of the tide-dominated paleo-Changjiang (Yangtze) estuary during the last transgression[J]. Marine Geology, 2001,177(3-4)： 331-351.

[5]Rosenbauer R J, Swarzenski P W, Kendall C, et al. A carbon, nitrogen, and sulfur elemental and isotopic study in dated sediment cores from the Louisiana Shelf[J]. Geo-Marine Letters, 2009, 29(6)： 415-429.

[6]Gao Xuelu, Song Jinming, Dissolved oxygen and CO2flux across water-air interface of the Changjiang Estuary in May 2003[J]. Journal of Marine System, 2008,74： 343-350.

[7]Duan Liqin, Song Jinming, Yayan Xua, et al. The distribution, enrichment and source of potential harmful elements in surface sediment sof Bohai Bay, North China[J]. Journal of Hazardous Materials, 2010, 183： 155-164.

[8]王成厚. 東海海底沉積地球化學(xué)[M]. 北京： 海洋出版社, 1995： 1-197.

[9]Li X G, Song J M, Yuan H M. Inorganic carbon of sediments in the Yangtze River Estuary and Jiaozhou Bay[J]. Biogeochemistry, 2006, 77(2)： 177-197.

[10]Jin Haiyan, Chen Jianfang, Weng Huanxin. Variations in paleoproductivity and the environmental implications over the past six decades in the Changjiang Estuary[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2010, 29(3)： 38-45.

[11]He Zhipeng, Song Jinming, Zhang Naixing, et al. Variation characteristics and ecological risk of heavy metals in the south Yellow Sea surface sediments[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2009. 157： 515-528.

[12]張乃星, 宋金明, 賀志鵬. 海水顆粒有機(jī)碳(POC)變化的生物地球化學(xué)機(jī)制[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 26(7)：2328-2339.

Distribution, source of heavy metals in the surface sediments and sediment quality of the Changjiang Estuarine and its adjacent regions

HE Song-qin1, SONG Jin-ming2, LI Xue-gang2, LIU Zhi-gang3
(1. Zhoushan Marine Eco-Environmental Monitoring Station, Zhoushan 316000, China; 2. Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences, Institute of Oceanology, CAS, Qingdao 266071, China;3. Zhoushan Oceanic and Fishery Bureau, Zhoushan 316000, China)

Nov., 10, 2010

heavy metal; distribution; source; surface sediment; Changjiang estuarine and its adjacent region

The geochemical characteristics of heavy metals, organic carbon, oil, sulfide, nitrogen, and phosphorus in surface sediments of the Changjiang estuarine and its adjacent regions were reported in this paper. The distributions of heavy metals, organic carbon, oil, sulfide, nitrogen and phosphorus in surface sediments were very irregular,and the high values of Cu, Pb, Zn, Cd, Hg, As, OC, oils, TN, and TP appeared in the Changjiang estuarine and the northeast region of the Hangzhou Bay; but the high sulfides, which was similar to the distribution of hypoxia area,in the outside of the Changjiang estuarine, the near top coastal region of the Hangzhou Bay, and the southeast region of the Zhoushan islands. The main sources of heavy metals, organic carbon, oil, sulfide, nitrogen, and phosphorus in surface sediments of the Changjiang estuarine and its adjacent regions were the input of the Changjiang river and land pollution matter. The Changjiang river input could affect the whole sea region, and the land pollution matter input only had influence on the coastal region. The sediment quality of the Changjiang estuarine and its adjacent regions were suitable for the sediment assessment.

P736.4

A

1000-3096(2011)05-0004-06

2010-11-10;

2011-03-02

中國(guó)科學(xué)院創(chuàng)新方向群項(xiàng)目(KZCXZ-YW-Q07-02); 國(guó)家基金委“創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金”項(xiàng)目(40821004); 浙江省環(huán)境保護(hù)科研計(jì)劃項(xiàng)目(2006-07)

何松琴(1961-), 女, 浙江定海人, 主要從事海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)研究; 宋金明, 通信作者,E-mail： jmsong@ms.qdio.ac.cn

張培新)