陳碧珊，蘇文華，羅松英，吳增聰，莫瑩，李秋琴，黃仁儒

嶺南師范學院地理系，廣東 湛江 524048

湛江特呈島紅樹林濕地土壤重金屬含量特征及污染評價

陳碧珊，蘇文華，羅松英，吳增聰，莫瑩，李秋琴，黃仁儒

嶺南師范學院地理系，廣東 湛江 524048

近年來，隨著沿海地區(qū)工業(yè)化和城市化的進程加快，人類活動產生的大量污染物匯集于河口和海灣地區(qū)，使得紅樹林濕地土壤污染日益嚴重。特呈島紅樹林是中國古老的紅樹林古樹群，由于養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展、旅游開發(fā)等人類活動的加強，該地濕地土壤遭受了不同程度的影響。為了探討特呈島紅樹林濕地表層土壤重金屬的污染特征，于2015年7月沿特呈島南岸自西向東采集12個表層土壤樣品，經過實驗室處理和測試，分析砷（As）、鎘（Cd）、鈷（Co）、鉻（Cr）、銅（Cu）、汞（Hg）、錳（Mn）、鎳（Ni）、鉛（Pb）、釩（V）、鋅（Zn）等11種重金屬的含量特征；并采用潛在生態(tài)風險指數法進行污染評價。結果表明：（1）特呈島紅樹林濕地表層土壤11種主要重金屬元素的含量平均值均未超過國家土壤環(huán)境質量一級標準限值；（2）Cd、As、Co、Cu、Zn等5種重金屬元素的平均值均超過了環(huán)境背景值，其中Cd含量平均值是環(huán)境背景值的1.76倍；其次，As和Co含量平均值分別為環(huán)境背景值的1.39倍和1.37倍；（3）特呈島紅樹林濕地表層土壤潛在生態(tài)風險總體上屬于輕微-中等污染；其中，潛在生態(tài)風險較大的元素是Hg和Cd，屬于中等污染；其他9種重金屬元素屬于輕微污染；（4）從空間分布看，TCD3和TCD10等8個樣點屬于中等污染，TCD12和TCD4等4個樣點為輕微污染；（5）土壤重金屬污染主要來自特呈島居民和游客生活污水排放、農業(yè)化肥農藥的使用和漁民船舶涂料脫落，但具體成因仍有待進一步研究。

紅樹林濕地；重金屬；污染評價；特呈島；湛江市

紅樹林分布于熱帶、亞熱帶海岸，是陸地向海洋過渡的特殊生態(tài)系統(tǒng)，具有防浪護岸、防風緩流、固沙聚泥、凈化水質、美化環(huán)境、維持海岸生物多樣性和漁業(yè)資源等多種生態(tài)功能。作為生態(tài)系統(tǒng)中的一個重要因素，土壤基質對紅樹林生態(tài)系統(tǒng)功能具有重要影響（徐海等，2008）。由于紅樹林生長于靜風和弱潮的弱谷灣及河口灣環(huán)境，有利于重金屬元素的沉積和固定，往往成為潛在的重金屬富集區(qū)（辛琨等，2005）。金屬元素尤其是重金屬元素在紅樹林生態(tài)系統(tǒng)中被固定、轉移以及生物富集進而威脅到陸地生物及人類的健康（程皓等，2009）。我國紅樹林土壤重金屬研究始于20世紀50年代，特別是近20年來，隨著海岸環(huán)境污染的加劇和對紅樹林濕地保護的愈加重視，針對紅樹林濕地土壤重金屬元素的含量特征、污染評價、空間分布等方面開展了大量研究。對不同地區(qū)紅樹林濕地主要重金屬含量的測定發(fā)現(xiàn)，一般紅樹林沉積物重金屬含量大體表現(xiàn)為Mn＞Zn＞Cr＞Ni＞Cu＞Pb＞Co＞As＞Cd＞Hg（趙廣孺等，2011；彭輝武等，2013；Dang et al.，2005）。由于來自環(huán)境條件及人類活動的影響存在差異，不同河口紅樹林區(qū)沉積物重金屬含量的變化范圍極大（Hsu，2008；劉景春，2006，丁振華等，2009）。在同一紅樹林區(qū)的不同群落分布區(qū)，沉積物重金屬含量也存在差異（彭輝武等，2013；Liu et al.，2015）。

廣東湛江國家級紅樹林自然保護區(qū)于1997年成立，是中國最大的紅樹林生長基地（張偉等，2010）。其中，霞山區(qū)特呈島保護小區(qū)面積50.7 hm2，整個紅樹林已經有500多年的歷史，有100年以上古樹510株，是中國古老的紅樹林古樹群。紅樹林沿特呈島南部、東南部潮間帶成片分布，主要樹種有白骨壤（Avicennia marina）、桐花樹（Aegicerascorniculatum）、紅海欖（Rhizophora stylosa）、秋茄（Kandelia candel）、海芒果（Cerbera manghas）等。由于特呈島位于內灣，海水交換能力差，大量污染物滯留其中，紅樹林現(xiàn)已經出現(xiàn)群落物種多樣性減少、群落矮化和稀疏、部分枯萎等現(xiàn)象，許多百年以上的古樹已漸次死亡（高秀梅等，2008；劉亞云，2012）。紅樹林的減少導致海岸地帶的生態(tài)環(huán)境嚴重退化，原有動植物資源衰退，風暴潮等自然災害增加。隨著湛江市“工業(yè)立市，以港興市”發(fā)展戰(zhàn)略的實施，加上寶鋼湛江鋼鐵基地、中科煉化、晨鳴紙業(yè)等三大產業(yè)航母同時落戶湛江，湛江海岸帶生態(tài)環(huán)境將承受巨大的壓力；此外，旅游開發(fā)、農業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、運輸業(yè)和人類生活廢水的排放也將給湛江紅樹林生態(tài)系統(tǒng)帶來強烈的沖擊。目前關于特呈島紅樹林濕地土壤重金屬方面的研究仍很缺乏，本研究試圖通過對特呈島紅樹林土壤重金屬元素含量測定和潛在生態(tài)風險進行評價，深入了解特呈島紅樹林土壤重金屬現(xiàn)狀和潛在污染程度，以期為區(qū)域紅樹林濕地土壤保護和修復工作提供參考依據。

1 研究區(qū)概況

特呈島是湛江港內的一個小島，其地理位置如圖1所示，位于東經110°25′～110°27′，北緯21°09′～21°10′，全島南北寬1.4 km，東西長2.7 km，海岸線長7.44 km，面積約3.6 km2。屬于北熱帶海洋性季風氣候區(qū)，常年溫暖濕潤，年平均氣溫22.3 ℃，年均降水雨量1800～2000 mm，年日照時數約2100 h。夏秋盛行偏南風，常受到臺風侵襲；冬、春季盛行偏北風，受寒潮的影響較少。四周波浪全年浪高在0.5～1.4 m之間，以3級為主，潮間帶為半日潮，潮高變化-27～469 cm之間。陸地地勢平緩，有極厚的松散沉積層（許會敏等，2010）。特呈島屬湛江市霞山區(qū)海頭街道辦管轄，全島分為里村、東村、北邊門村、北宮村、后場村、新屋村、坡尾村等7個自然村。該島主要產業(yè)和經濟來源是海洋捕撈及海水網箱養(yǎng)殖，兼有耕農業(yè)，尚無工業(yè)企業(yè)（韓維棟，2007）。近年來，隨著特呈島基礎設施的不斷完善，加上特呈漁島度假村、特呈島紅樹林公園、陳武漢家等旅游景點的開發(fā)，上島游客的數量逐年攀升（張俊等，2012）。

2 樣品采集與研究方法

2.1 樣品采集

2015年7月對湛江紅樹林保護區(qū)特呈島保護小區(qū)進行實地考察，結合特呈島紅樹林群落組成、潮位變化及人類活動影響等因素，沿特呈島南部海岸自西向東選取12個采樣點，每個樣點采用梅花采樣法采集樣品，采樣時先用塑料小鏟刮去土壤表層枯枝落葉，然后采用PVC管采集表層10 cm的土壤樣品，每個樣點的重量約1 kg，所采集的樣品裝入密封的乙烯封口袋中，帶回實驗室。自西向東各樣點名稱依次為TCD1、TCD2……TCD12。各樣點分布如圖1所示，樣點相關信息如表1所示。選取其中的6個樣點進行酸堿性和粒度等理化性質分析，結果表明特呈島紅樹林保護小區(qū)表層土壤呈酸性，pH值在5.5～7.8之間，平均值為6.4；表層土壤以砂為主，其次為粉砂，黏土含量最少。其中，砂含量為22.439%～98.811%，平均含量是56.642%；粉砂含量為1.189%～70.216%，平均含量是38.504%；黏土含量為0%～8.030%，平均含量是4.854%。

2.2 樣品實驗室處理方法

野外采集的土壤樣品在實驗室經過自然風干后，剔除樣品中的植物根系、有機殘渣以及可見侵入體后用瑪瑙研缽充分研磨，過100目篩；樣品經初步處理后，送往澳實礦物實驗室（廣州）進行測

圖1 湛江特呈島的地理位置及采樣點分布圖Fig. 1 The geographical location of Techeng Island in Zhanjiang and the distribution of sampling points

試，其測試方法為：樣品經過王水消解和四酸（高氯酸、硝酸、氫氟酸和鹽酸）消解處理后，采用ICP（電感耦合等離子體發(fā)射光譜）和MS（電感耦合等離子體質譜儀）測試，獲得12個樣點中砷（As）、鎘（Cd）、鈷（Co）、鉻（Cr）、銅（Cu）、汞（Hg）、錳（Mn）、鎳（Ni）、鉛（Pb）、釩（V）、鋅（Zn）11種重金屬元素的含量。

表1 特呈島紅樹林濕地表層土壤重金屬樣點信息Table 1 Sampling points information of heavy metals in the surface sediment of mangrove wetland in Techeng Island

2.3 數據處理方法

目前，土壤重金屬污染評價主要采用富集指數法、內梅羅綜合污染指數法、地累積指數法、潛在生態(tài)風險指數法等方法。其中，潛在生態(tài)危害指數法是瑞典科學家Hakanson于1980年提出的，是評價沉積物污染程度及其潛在生態(tài)危害的一種相對快速、簡便和標準的方法，也是濱海濕地土壤污染相對較理想的一種評價方法，被廣泛應用于土壤重金屬污染評價（Hakanson，1980；黃建國，2007）。其計算過程如下：

（1）單個重金屬污染物富集系數的確定（enrichment coefficient of contamination），簡稱

對于參比值，Hakanson提出以現(xiàn)代工業(yè)化前沉積物中重金屬的最高背景值作為參比值；但不同研究區(qū)沉積物中重金屬含量差異明顯，故滕彥國等（2002）認為應以研究區(qū)沉積物背景值作為計算地質累積指數的地球化學背景值。由于本研究區(qū)典型地帶性土壤為磚紅壤性紅壤，因此本研究采用廣東省土壤環(huán)境背景值中的磚紅壤重金屬含量作為背景值。

（2）土壤重金屬的毒性響應系數（the toxic response factor），簡稱值，采用Hakanson制定的標準化重金屬毒性響應系數為評價依據，其毒性響應系數見表2（徐爭啟等，2008）。

（3）單個重金屬的潛在生態(tài)風險參數（the potential ecological risk factor），簡稱值，按下列公式確定：

（4）多種重金屬潛在生態(tài)風險指數（the potential ecological risk index），簡稱RI值，等于所有重金屬潛在生態(tài)風險系數的總和。按下列公式確定：

表2 不同重金屬的毒性系數Table 2 The toxicity factor of different heavy metals

表3 重金屬污染潛在生態(tài)風險指標和分級分析Table 3 Indices and grades of potential ecological risk index of heavy metal pollution

3 實驗結果分析

3.1 表層土壤重金屬含量特征

特呈島紅樹林濕地12個樣點表層土壤的11種重金屬元素含量的平均值如表4所示。由表可知，特呈島紅樹林濕地11種重金屬含量大體表現(xiàn)為Mn＞V＞Zn＞Cr＞Pb＞Cu＞As＞Ni＞Co＞Cd＞Hg。通過與國家《土壤環(huán)境質量標準》（GB15618—1995）中一級標準及雷州半島土壤環(huán)境背景值的對比可知，特呈島11種重金屬元素的含量平均值都沒有超過國家土壤環(huán)境質量一級標準；但是As、Cd、Co和Cu在個別樣點接近國家環(huán)境質量標準限值。與雷州半島土壤環(huán)境背景值對比可知，Cd、As、Co、Cu、Zn等5種重金屬元素的平均值均超過環(huán)境背景值。其中，Cd的平均值是環(huán)境背景值的1.76倍；其次是As和Co，分別是環(huán)境背景值的1.39倍和1.37倍。Hg、Mn、Ni等元素僅在個別樣點含量高于環(huán)境背景值；Cr、Pb、V等 3種元素的含量比較低，所有樣點的含量均沒有超過環(huán)境背景值。

與湛江高橋紅樹林濕地沉積物重金屬含量進行對比發(fā)現(xiàn)，特呈島除Cd外，其他重金屬As、Cr、Cu、Pb、Zn含量均低于高橋紅樹林保護區(qū)，主要原因可能是受到土壤粒度的影響，特呈島表層土壤總體上以砂為主，顆粒較粗，不利于重金屬的沉積和富集；而高橋紅樹林分布區(qū)的土壤主要以粉砂、粘土為主，其表面積大、有機質含量高因而較易富集重金屬，更有利于重金屬的沉積（李柳強等，2008）。與福建泉州灣、海南東寨港、廣東福田等其他紅樹林分布區(qū)進行對比發(fā)現(xiàn)，特呈島11種重金屬元素含量明顯偏低，主要與湛江市經濟相對發(fā)展落后，區(qū)內污染工業(yè)和企業(yè)分布較少有關。而珠江三角洲地區(qū)，特別是深圳福田重金屬含量高，主要原因是深圳福田紅樹林保護區(qū)內工業(yè)發(fā)達，陸源污染嚴重（李瑞利等，2012）。海南東寨港周邊水產養(yǎng)殖發(fā)達，含重金屬的化肥、農藥等農業(yè)污水的匯入，使海南東寨港紅樹林濕地的重金屬平均含量偏高（季一諾，2016）。與印度、巴拿馬、巴西和墨西哥等地區(qū)相比，特呈島表層土壤重金屬含量總體上也偏低，僅Cd、Cr、Ni、Pb等4種重金屬含量略高于印度海岸；As高于巴西地區(qū)海岸。

表4 特呈島與其他典型紅樹林濕地重金屬元素質量分數對比Table 4 Comparison of heavy metal element mass fraction in mangrove sediments of Techeng Island and other mangrove wetlands

3.2 表層土壤重金屬富集程度及潛在生態(tài)風險分析

通過采用潛在生態(tài)風險指數法計算潛在生態(tài)富集系數、潛在生態(tài)風險參數及潛在生態(tài)風險指數值（RI），獲得特呈島紅樹林濕地表層土壤重金屬富集程度和潛在生態(tài)風險程度。

3.2.1 表層土壤重金屬元素富集程度分析

特呈島紅樹林濕地表層土壤不同重金屬元素潛在生態(tài)富集系數如表5所示，其中，As、Cd、Co、Cu、Hg、Zn等6種金屬，屬于中等污染；Cr、Ni、Pb、V、Mn等5種金屬，屬于輕微污染。11種重金屬元素污染程度排序如下：Hg＞Cd＞As＞Co＞Zn＞Cu＞Mn＞Ni＞Pb＞Cr＞V。

從不同樣點看，Hg有10個樣點為中等污染，2個樣點為輕微污染，以TCD10污染最為嚴重。As有9個樣點屬于中等污染，3個樣點為輕微污染，以TCD5污染最為嚴重。Zn有8個樣點屬于中等污染，4個樣點為輕微污染。Cd有2個樣點屬于強污染，分別是TCD10和TCD11，7個樣點為中等污染，3個樣點屬于輕微污染。Cu在TCD3樣點屬于強污染，有6個樣點屬于中等污染，5個樣點為輕微污染。Mn有2個樣點屬于中等污染，其他10個樣點為輕微污染。Co和Ni均有11個樣點屬于輕微污染，以TCD10污染最嚴重，表現(xiàn)為強污染；Ni以TCD2污染最嚴重，為中等污染；Cr、Pb和V等3種元素屬于輕微污染。

3.2.2 表層土壤重金屬元素潛在生態(tài)風險分析

特呈島紅樹林濕地表層土壤11種重金屬潛在生態(tài)風險參數如表6所示。由表可知，Hg和Cd潛在生態(tài)風險參數平均值在40～80之間，屬于中等污染；其中，以Hg的污染最嚴重，潛在生態(tài)風險參數在80～160之間的有6個樣點，污染程度表現(xiàn)為TCD5=TCD1＞TCD3＞TCD7＞TCD9＞TCD2，屬于強污染。其他9種重金屬元素潛在生態(tài)風險參數平均值均小于40，均屬于輕微污染，污染程度表現(xiàn)為As＞Co＞Cu＞Ni＞Pb＞Zn＞Cr＞Mn＞V。

從多個重金屬的綜合潛在生態(tài)危害指數來看，特呈島紅樹林濕地潛在生態(tài)風險指數值在35.692～246.312之間，平均值為164.856，屬于輕微污染。對各個樣點潛在生態(tài)風險程度進行分析，發(fā)現(xiàn)TCD2、TCD3、TCD5、TCD7、TCD8、TCD9、TCD10和TCD11等8個樣點屬于中等污染，TCD1、TCD4、TCD6和TCD12等4個樣點為輕微污染。其中樣點TCD1～TCD3處于耕地附近，耕作過程常用到有機肥、堆肥、糞便和化肥農藥等，導致土壤中As、Cd、Cu、Hg、Zn等重金屬含量較高。樣點TCD5～TCD11靠近居民點，附近為生活污水排放和當地漁民出海捕魚漁船?？康牡胤?，野外調研中也見有污水排污管和廢棄的漁船。由于污水排放和廢棄漁船涂料脫落，導致As、Cd、Hg、Zn等元素含量較高。樣點TCD4和TCD12遠離耕地和居民點，土壤重金屬含量受到人為干擾很少，表現(xiàn)為輕微污染。

4 結論

本文對湛江特呈島紅樹林濕地表層土壤重金屬元素進行含量測定，并采用潛在生態(tài)風險指數法對表層土壤重金屬污染程度進行評價，得到以下結論：

（1）由特呈島表層土壤11種重金屬元素含量可知，特呈島紅樹林濕地11種重金屬含量大體表現(xiàn)為Mn＞V＞Zn＞Cr＞Pb＞Cu＞As＞Ni＞Co＞Cd＞Hg，均沒有超過國家土壤環(huán)境質量一級標準；Cd、As、Co、Cu、Cu等5種重金屬元素的平均值均超過環(huán)境背景值，其中Cd污染最嚴重，平均值為背景值的1.76倍；As和Co平均值分別是環(huán)境背景值的1.39倍和1.37倍。與世界其他典型紅樹林濕地沉積物重金屬含量進行對比發(fā)現(xiàn)，重金屬含量總體上保持較低的水平。

表5 特呈島紅樹林濕地表層土壤重金屬元素富集系數Table 5 The heavy metal element enrichment coefficient of contamination in the surface sediment of the mangrove wetland in Techeng Island

表6 特呈島紅樹林濕地表層土壤重金屬潛在生態(tài)風險參數和潛在生態(tài)風險指數Table 6 The potential ecological risk facter and potential ecological risk index of heavy metals in the surface sediment of the mangrove wetland in Techeng Island

（2）由特呈島表層土壤重金屬潛在生態(tài)風險評價結果可知，特呈島紅樹林濕地總體上屬于輕微-中等污染，其中潛在生態(tài)風險較大的是元素Hg和Cd，屬于中等污染，其余重金屬元素屬于輕微污染；其中TCD2、TCD3、TCD5、TCD7、TCD8、TCD9、TCD10和TCD11等8個樣點存在中等污染，TCD1、TCD4、TCD6和TCD12等4個樣點存在輕微污染。

（3）重金屬元素主要受區(qū)域沉積環(huán)境和物質來源的影響，就特呈島紅樹林濕地而言，特呈島上沒有工業(yè)、礦業(yè)和企業(yè)，重金屬主要污染源是農業(yè)化學農藥殘留、居民生活污水排放和漁船涂料脫落。其中，TCD1～TCD3樣點位于耕地附近，主要污染源為農業(yè)污染；TCD5～TCD11靠近居民點，主要污染源為生活污水及船舶涂料；采樣點TCD4和TCD12遠離耕地和居民點，土壤污染程度低。

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The Features and the Pollution Assessments of Heavy Metals in the Surface Sediments of Mangrove Wetland in Techeng Island, Zhanjiang

CHEN Bishan, SU Wenhua, LUO Songying, WU Zengcong, MO Ying, LI Qiuqin, HUANG Renru
Department of Geography, Lingnan Normal University, Zhanjiang 524048, China

In recent years, as the process of industrialization and urbanization in coastal areas are speeding up, a large number of pollutants produced by human activities are found in estuaries and bays, making the soil pollution of mangrove wetland become increasingly serious. Being known as the oldest and most beautiful ancient mangrove floral in China, the Techeng Island mangrove wetland has actually suffered from varying degrees of influence due to the intensification of human activities like aquaculture development, tourism development and so on. In order to research the pollution features of heavy metals in surface soils of Techeng mangrove wetland, 12 surface sediment samples were collected along the south bank of Techeng Island from west to east in July 2015. Based on pretreatment and laboratory test, the characteristics of 11 kinds of heavy metals were analyzed; and the potential ecological risk index method was used to evaluate the level of pollution. The results are as follows: (1) The average concentrations of 11 major heavy metal elements in the surface sediment did not exceed the National soil environment quality level standard; (2) The average concentrations of Cd, As, Co, Cu and Zn had exceeded the environment background value; among them, the average concentration of Cd element was1.76 times of the environment background value; Followed by the average concentration of As and Co was1.39 and 1.37 times respectively of the environment background value; (3) In general, the potential ecological risk of surface sediment in Techeng Island mangrove wetland was mild-moderate pollution. Among them, the Hg and Cd element got higher potential risk, belong to the medium pollution; and the other 9 kinds of heavy metal elements belong to the slight pollution; (4) From the spatial distribution, 8 samples, such as TCD3 and TCD10, belong to the medium pollution; the other 4 samples, like TCD12 and TCD4, belong to the slightly pollution. And (5) the heavy metal pollution in the surface sediment mainly resulted from the discharge of domestic sewage, the use of agricultural chemical fertilizer and the fishermen ship paint off, and this caused by the residents and tourists of Techeng Island, but this still needs further study.

mangrove wetland; heavy metal; pollution assessment; Techeng Island; Zhanjiang

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.01.024

X144; X825

A

1674-5906（2017）01-0159-07

陳碧珊, 蘇文華, 羅松英, 吳增聰, 莫瑩, 李秋琴, 黃仁儒. 2017. 湛江特呈島紅樹林濕地土壤重金屬含量特征及污染評價[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 26(1): 159-165.

CHEN Bishan, SU Wenhua, LUO Songying, WU Zengcong, MO Ying, LI Qiuqin, HUANG Renru. 2017. The features and the pollution assessments of heavy metals in the surface sediments of mangrove wetland in Techeng Island, Zhanjiang [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(1): 159-165.

國家自然科學基金項目（41606053）；廣東省自然科學基金項目（2016A030310364）；“攀登計劃”廣東大學生科技創(chuàng)新培育項目（pdjh2016b0302）；嶺南師范學院人才引進專項項目（ZL11701）

陳碧珊（1982年生），女，講師，博士，主要從事環(huán)境演變、氣候變化等研究。

2016-10-14