韓卓汝，趙志忠，袁建平，李鵬飛，王軍廣

（海南師范大學地理與旅游學院，海南?？?71158）

紅樹林是發(fā)育在熱帶和亞熱帶泥灘上的耐鹽性植物群落，其生境為熱帶、亞熱帶海岸潮間帶環(huán)境，紅樹林作為生物海岸的綠色屏障，具有防風防浪和保護海岸的作用.與此同時，紅樹林濕地往往地處河口與海岸帶，是陸地與海洋之間的過渡帶，因此通常又是陸源污染物質的匯集地[1].還有研究紅樹林濕地由于植物凋落物殘留使得濕地沉積物具有較高的有機含量，同時潮流緩慢、粘土和厭氧環(huán)境以及有機碎屑均有利于重金屬元素在沉積物中積累[2].

海南島北部紅樹林的分布面積在整個熱帶地區(qū)面積最大，近些年來這些紅樹植被受到工業(yè)污染和生活廢水污染嚴重，紅樹林面積大量減少，因此開展沉積物中重金屬元素之間的相互關系研究對了解區(qū)內沉積物環(huán)境地球化學特征和恢復紅樹林濕地生態(tài)環(huán)境具有重要意義.

1 研究區(qū)概況

本次采樣地點位于海南島北部，包括文昌清瀾港，?？跂|寨港和臨高新盈港三處紅樹林濕地的部分地區(qū)沉積物.采樣點分布見圖1.

研究區(qū)選擇的三塊紅樹林面積占整個海南島紅樹林面積的80%以上，其中東寨港紅樹林濕地面積約3337.6hm2，位于演州河、三江河、演豐東河和東河四條河流的交匯處，其紅樹植物主要以角木果，尖葉鹵蕨和海桑等為主.清瀾港紅樹林濕地位于文昌八門灣的清瀾港后港灣，其面積約2948 hm2，除了有同東寨港基本相同的紅樹植物種類外，還有獨特的成片正紅樹林子.新盈港紅樹林濕地面積約350 hm2，紅樹植物以海蓮、角木果、紅海欖和海漆為主.

2 樣品的采集與處理

本次研究沉積物樣品采集時間為2011年7月—8月，采樣地點涵蓋海南島北部的主要紅樹林地區(qū).利用沉積物采集器分別取樣5—10 cm表層沉積物沉積物，樣品采集后，放入潔凈的自封袋封存.所有樣品在實驗室內經自然風干，剔除其中的礫石、植物根系等侵入體，用工具碾碎并用瑪瑙研缽研磨，然后過150目尼龍篩，裝入潔凈自封袋以備分析使用.本次研究使用ME—MS61電感耦合等離子體質譜測定重金屬元素含量，全部項目在澳實分析檢測（廣州）中心—澳實礦物實驗室完成.

3 結果與分析

3.1 表層沉積物重金屬的分布規(guī)律

各采樣點表層沉積物重金屬含量見表1.由表1可以發(fā)現(xiàn)東寨港沉積物中的Cr，Ni，Cu，Zn，Cd的含量均高于清瀾港和新盈港，而清瀾港As元素和Pb元素含量高于東寨港和新盈港，Cd元素含量低于東寨港和新盈港.

表1 海南島北部紅樹林濕地表層沉積物重金屬含量統(tǒng)計Tab.1 Content statistics of heavy metal elements in Mangrove wetland surface sediments of Northern Hainan Island

三塊濕地沉積物中的Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb元素的平均含量分別為72.0、33.8、21.3、66.1、11.8、0.11、23.3 mg/kg，重金屬元素含量由高到低依次是Cr＞Zn＞Ni＞Pb＞Cu＞＞As＞Cd.進一步對海南島北部紅樹林濕地沉積物含量進行研究發(fā)現(xiàn)東寨港，清瀾港，新盈港Cu，As，Zn，Ni，Cr元素含量均高于海南土壤背景值[3]，其中清瀾港As元素含量是背景值的12倍.東寨港的Pb、Cd元素和新盈港的Pb元素高于背景值，清瀾港的Cd元素和新盈港Cd、Pb元素的含量低于背景值.由于環(huán)境差異和人為因素影響，不同河口地區(qū)紅樹林沉積物重金屬變化極大，同一地區(qū)紅樹林不同位置的重金屬也存在較大差異[4-5].

由表1還可以發(fā)現(xiàn)全區(qū)重金屬變異系數(shù)在0.33～1.37之間，其中Pb元素的變異系數(shù)為0.33，離散程度相對較低；Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd的變異系數(shù)均大于0.5，離散程度較高，其中Cd元素變異系數(shù)最高，高達1.37，離散程度很高.總體而言，研究區(qū)附近大型工礦企業(yè)很少，重金屬含量絕大多數(shù)高于海南土壤背景值，屬于富集的狀態(tài).海南島北部沿海地區(qū)居住人口眾多，工業(yè)發(fā)達，工農業(yè)廢水和生活污水排放量大，加上海運繁忙，來往船只多，漏油溢油事故時有發(fā)生，有研究報道，船體防護漆中的Cu和Zn的含量分別高達300 mg/kg和100 mg/kg[6].這些可能是導致海南島北部紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)重金屬污染的主要原因.

3.2 表層沉積物重金屬元素間的相關性分析

一般認為，沉積物中重金屬元素含量之間及其之間的比率具有相對的穩(wěn)定性，當沉積物的來源相似或相同時，其各元素之間具有顯著的相關性，因此通過重金屬元素之間的相關分析，可以確定重金屬在沉積物中的含量變化的控制因素，反映不同元素間沉積環(huán)境的相似性和受人為影響程度的強弱[7].本文采用統(tǒng)計軟件SPSS18.0對研究區(qū)紅樹林濕地沉積物各金屬元素間的含量進行相關性分析，其相關系數(shù)和雙尾檢驗結果見表2.

Ni-Cr、Cu-Cr、Zn-Cr、Zn-Ni、Zn-Cu相關性極為顯著，相關系數(shù)分別達0.949、0.935、0.892、0.851、0.871、0.951.說明這些重金屬元素可能具有相同的污染源，通過共同吸附作用或沉淀積累在沉積物中，其地球化學特性相近[8].As元素和Cd元素與其他重金屬元素沒有明顯的相關性，可能是因為As元素和Cd元素在地球化學行為方面與其他重金屬元素的相似特征不明顯，與其他重金屬元素的來源不同.事實上，在研究區(qū)內周圍蝦塘遍布，農業(yè)生產中農藥與化肥的大量使用，以及往來的船舶排污，這些都可能使得As和Cd元素的來源區(qū)別于其他重金屬元素，因此與其他重金屬元素的相似特征不明顯.

表2 海南島北部紅樹林濕地表層沉積物重金屬之間的相關關系Tab.2 Correlation coefficients of metal elements in Mangrove wetlands surface sedimens of Northern Hainan Island

3.3 重金屬元素的聚類分析

運用SPSS軟件中的分層聚類，以相關系數(shù)為距離測度方法，采用組間連接方法，對海南島北部紅樹林濕地表層沉積物中Ni、Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、As元素進行R-型聚類分析，結果見圖2.

根據R型聚類結果，把研究區(qū)紅樹林濕地表層沉積物中7種重金屬元素分成3類.Cr、Ni、Cu、Zn、Pb聯(lián)系較為緊密，毒性較小，聚成一類.As為潛在毒性較強的重金屬元素，與人類活動關系緊密，自成一類.Cd被認為是毒性最強的重金屬元素，自成一類.

3.4 因子分析

一般認為，組成沉積物顆粒物質，從源地到沉降地，其顆粒自身的物理化學性質會發(fā)生一系列的變化，在這個過程中還會受到水動力和人為因素的影響，因此沉積物中的重金屬元素含量分布特征是多種因素共同制約的結果[9].因子分析可以把龐雜的原始數(shù)據按照成因上的聯(lián)系進行歸納得出比較客觀的結論.為此本次研究采用主成分分析法中的因子分析法來分析，通過設置公因子最小方差貢獻值（即最小特征值），經方差極大正交旋轉后，公因子負載大于1的變量被選中，得到Fl、F2、F3共三個因子（見表3），這三個因子的累計方差貢獻率為97.525，說明這三個因子反映沉積物中絕大多數(shù)重金屬元素的分布特征.表4反映出的是因子載荷矩陣，它表示第i個變量與第j個公共因子的相關系數(shù)即表示X（i）依賴F（j）的份量（比重）.

表3 沉積物中元素的因子方差貢獻Tab.3 Contribution of factor variance of the elements in sediments

表4 重金屬元素因子分析結果Tab.4 Factor analysis results of metal element

第一因子累計方差貢獻率為51.460，該因子包含以下變量Cr、Ni、Cu、Zn和Pb.其特點是因子變量在Cr、Ni、Cu、Zn和Pb元素濃度上有較高的正載荷，說明這些重金屬元素有相同的物質來源，通過共同沉淀或吸附累積在沉積物中.

第二因子累計方差貢獻率為23.109，該因子包含變量只有Cd.研究區(qū)靠近港口的地方船舶排污，潤滑油泄漏機械部件磨損都會導致Cd元素含量的升高[10].

第三因子累計方差貢獻率為22.956，該因子包含變量只有As.蝦塘養(yǎng)殖排污水中含有大量的As元素，主要與研究區(qū)內水產養(yǎng)殖過程中使用的農藥化肥有關.

綜合以上分析可以發(fā)現(xiàn)第一因子累計方差貢獻率最高，包含的變量重金屬元素數(shù)量最多，說明這些元素有相同的物質來源；第二和第三因子累計方差貢獻率較少，包含的變量只有個別元素，說明這些個別元素的來源區(qū)別于其他元素.

4 結論

由以上研究可以得到如下幾點結論：

1）重金屬元素含量按多到少依次是Cr＞Zn＞Ni＞Pb＞Cu＞＞As＞Cd.研究區(qū)內表層沉積物中Cu，As，Zn，Ni，Cr元素含量均超過海南土壤背景值，尤其是清瀾港As元素含量是海南土壤背景值的12倍.說明隨著地區(qū)工業(yè)化和城市化的進程，表層土壤中的金屬含量有加劇升高的趨勢.

2）通過對重金屬元素之間的相關性分析發(fā)現(xiàn)Ni、Cr、Cu、Zn元素兩兩之間的相關系數(shù)極其顯著相關，說明這些重金屬元素之間具有相同的污染來源.

3）根據R型聚類分析結果將海南島北部紅樹林濕地表層沉積物中的九種重金屬元素分成3類，Cr、Ni、Cu、Zn和Pb聯(lián)系較為緊密，毒性較小，聚成一類.As為潛在毒性較強的重金屬元素，自成一類.Cd被認為是毒性最強的重金屬，自成一類.

4）采用主成分分析法對濕地重金屬元素進行因子分析，得到3個因子.第一因子包含變量有Cr、Ni、Cu、Zn和Pb，說明這些重金屬元素有相同的物質來源，通過共同沉淀或吸附累積在沉積物中.第二因子包含變量有Cd，研究區(qū)靠近港口的地方船舶排污，潤滑油泄漏機械部件磨損都會導致Cd元素含量的升高.第三因子包含變量有As，與蝦塘養(yǎng)殖過程和農業(yè)生產過程使用的化肥農藥有關.

[1] 丘耀文,余克服.海南紅樹林濕地沉積物中重金屬的累積[J].熱帶海洋學報,2011,30（2）:102-108.

[2] 李柳強.中國紅樹林濕地重金屬污染研究[D].廈門:廈門大學,2008.

[3] 譚凌智,祁士華,傅楊榮,等.海南八門灣高位池養(yǎng)殖區(qū)表層土壤重金屬污染調查與評價[J].環(huán)境化學,2010,29（2）:335-336.

[4] Tam N F Y,Wong Y S.Spatial variation of heavy metals in surface sediments of Hong Kong mangrove swamps[J].Environmental Pollution,2000,110:195-205.

[5] Mackey A P,Hodgkinson M C.Concentrations and spatial distribution of trace metals in mangrove sediments from Brisbane River,Australia[J].Environmental pollution,1995,90(2):181-186.

[6] Singh N,Turner A.Trace metals in antifouling paintparti?cles and their heterogeneous contamination of coastal sedi?ments[J].Marine Pollution Bulletin,2009,58:559-564.

[7] 陳守莉,王平祖,秦明周,等.太湖流域典型湖泊沉積物中重金屬污染的分布特征[J].江蘇農業(yè)學報,2007,23(2):124-130.

[8] 廖香俊,丁式香,吳丹,等.瓊東北地區(qū)土壤微量元素地球化學特征[J].中國農學通報,2004(增刊):64-67.

[9] 李玉,俞志明,宋秀賢.運用主成分分析(PCA)評價海洋沉積物中重金屬污染來源[J].環(huán)境科學,2006,27(l):137-141.

[10] 冉延平.城市表層土壤重金屬污染多元統(tǒng)計分析和污染評價[J].安徽農業(yè)科學,2012,40(9):5454-5458.