广东红海湾海水重金属含量的时空变化及污染评价

广东红海湾海水重金属含量的时空变化及污染评价

重金属是环境中累积效应强、毒性高的污染物。它可以通过链核直接或间接进入人体，最终对人类健康产生影响。例如，日本的水蚀病（污染等）和骨痛病（镉污染）是由重金属污染引起的。随着公众对污染的关注和关注，对海洋环境质量评价重金属污染的影响越来越重要，已成为海洋环境评价体系中一个非常重要的因素。根据2007年6月（夏季）和2008年1月（冬季）红海湾沿岸惠州港和清湖大海环境质量分析的数据，本文研究了hg、cu、pb、zn、cd等五种重金属产品的分布特征、污染现状和评价结果，以及该海域表面水体中不同重量元素的含量分布特征、污染状况和评价结果。1材料和方法1.1调查站位和样品采集分别于2007年6月(夏季)和2008年1月(冬季),在广东红海湾的汕尾港周边海域布设35个海水水质调查站位.采样站位分布见图1,其覆盖的海域面积约60km2.采用2.5dm3有机玻璃采水器采集表层海水.所有样品采集、保存和前处理均按照《海洋监测规范》的要求操作.1.2检出限及定量限海水重金属元素的测定项目有汞(Hg)、铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)共5种.Hg含量以原子荧光法测定(采用XGY-1011A型原子荧光光度计),检出限为0.007μg/dm3;Cu、Pb、Zn、Cd含量以阳极溶出伏安法测定(采用HY-1F型多功能极谱仪),检出限分别为0.5、0.5、1.0、0.1μg/dm3.其他测定要素包括:盐度(S)、pH值、化学需氧量(COD)等项目.1.3评估方法1.3.1海洋功能区划评价指标根据《广东省海洋功能区划文本》(粤府57号)对红海湾内汕尾港及品清湖的海洋功能区划定位要求(港口、临港工业、旅游综合功能区),参照《海水水质标准》中重金属含量的标准值,以国家二类海水水质标准值作为评价指标.各重金属元素含量评价标准值见表1.1.3.2采用指数法进行海水综合评价海洋环境调查的目的主要在于了解海洋环境质量、鉴别海洋污染源及对海洋环境质量进行预测与控制.这些工作都应建立在可靠的海洋环境质量评价之上.海洋环境质量评价的可靠程度取决于监测数据的准确性与时效性,同时也取决于采用的评价方法是否科学、合理.就目前而言,可用于对海域重金属污染进行综合评价的方法多种多样,执行的标准也不统一,其中,指数法因其简单实用,被广泛地应用于对水质较好的海水进行评价.其计算公式如下:Cif=CiCinWQΙ=1nn∑i=1CifCif=CiCinWQI=1n∑i=1nCif式中:Cifif、Ci、Cinin分别为某金属元素i的单项指数、实测含量和评价标准值,n为参与评价的金属元素种数;当Cifif≤1时,表示海水中重金属含量符合标准;当Cifif>1时,表示海水中重金属含量超过标准;WQI为海水重金属综合污染指数.参考文献的判据,将红海湾表层的WQI值与海水污染程度的关系列于表2.2结果与分析2.1含量范围及平均含量2007年6月(夏季)和2008年1月(冬季)的调查结果显示,红海湾海域的汕尾港及品清湖表层海水中各重金属的含量均值从高到低的顺序依次是Zn>Cu>Pb>Cd>Hg.这两次调查中该海域表层海水中重金属元素含量的分布特征如下:(1)Hg:2007年6月(夏季),汕尾港及品清湖表层海水Hg含量范围为0.010～0.050μg/dm3,平均含量为0.023μg/dm3;2008年1月(冬季),汕尾港及品清湖表层海水中Hg的含量范围为0.009～0.049μg/dm3,平均含量为0.027μg/dm3;均符合国家一类海水水质标准.由图2a和图2b可见,2007年6月(夏季),汕尾港表层海水中Hg含量以Z5站最高(0.050μg/dm3),呈北高南低分布;而品清湖则以J13站表层海水中Hg的含量为最高(0.035μg/dm3),呈北低南高的变化.2008年1月(冬季),品清湖以J14站表层海水Hg的含量最高(0.049μg/dm3),汕尾港以Z18站表层海水Hg的含量最高(0.044μg/dm3);汕尾港及品清湖表层海水中Hg的含量分布趋势基本与2007年6月(夏季)的相似.就区域平均含量而言,两个航次调查结果均显示品清湖表层海水中Hg的含量高于汕尾港.(2)Cu:2007年6月(夏季),汕尾港及品清湖表层海水中Cu的含量范围为1.0～3.4μg/dm3,平均含量为2.4μg/dm3;2008年1月(冬季),汕尾港及品清湖表层海水中Cu的含量范围为0.9～4.3μg/dm3,平均含量为2.3μg/dm3;均符合国家一类海水水质标准.由图2c和图2d可见,2007年6月(夏季)汕尾港以Z10站表层海水中Cu的含量最高(3.4μg/dm3),品清湖以J1站表层海水中Cu的含量最高(3.4μg/dm3),且分别以Z10站、J1站为中心向周围呈递减变化,不同区域Cu的平均含量变化较小.2008年1月(冬季),汕尾港以Z9站表层海水中Cu的含量最高(4.3μg/dm3),且以该站为中心向周围呈递减变化;品清湖以J10站、J14站表层海水中Cu的含量最高(3.4μg/dm3),呈自南向北递减的变化,且品清湖表层海水中Cu的平均含量高于汕尾港.(3)Pb:2007年6月(夏季),汕尾港及品清湖表层海水中Pb的含量范围为0.6～1.0μg/dm3,平均含量为0.8μg/dm3,符合国家一类海水水质标准.2008年1月(冬季),汕尾港及品清湖表层海水中Pb的含量范围为0.4～1.4μg/dm3,平均含量为0.8μg/dm3,除位于品清湖的J9站、J11站和汕尾港的Z8站表层海水中Pb的含量属国家二类海水水质外,其余各站位Pb的含量均符合国家一类海水水质标准.由图2e和图2f可见,2007年6月(夏季)和2008年1月(冬季),汕尾港均以Z8站表层海水Pb含量最高(1.0、1.1μg/dm3),呈北低南高的分布.2007年6月(夏季)品清湖以J3站表层海水Pb含量最高(0.9μg/dm3),J9站最低(0.6μg/dm3),且以J9站为中心向周围呈递增变化.2008年1月(冬季)品清湖以J11站表层海水中Pb的含量最高(1.4μg/dm3),J9站次之(1.1μg/dm3),呈南北低、中间高的分布.总体上,这两项调查结果均显示不同区域表层海水中Pb的平均含量变化较小.(4)Zn:2007年6月(夏季),汕尾港及品清湖表层海水中Zn的含量范围为1.6～18.3μg/dm3,平均含量为6.8μg/dm3.2008年1月(冬季),汕尾港及品清湖表层海水中Zn的含量范围为5.4～19.0μg/dm3,平均含量为12.0μg/dm3.其均符合国家一类海水水质标准.由图2g和图2h可见,2007年6月(夏季)汕尾港以Z9站表层海水中Zn的含量最高(18.3μg/dm3),呈南高北低的变化;品清湖以J2站表层海水中Zn的含量最高(6.2μg/dm3),呈南北高、中间低的变化;品清湖表层海水中Zn的平均含量高于汕尾港.2008年1月(冬季)汕尾港以Z8站表层海水中Zn的含量最高(19.0μg/dm3),基本呈自东向西递减的变化;品清湖以J4站表层海水中Zn的含量最高(16.8μg/dm3),J14站次之(16.2μg/dm3),且以两站的连线区域为中心向周围呈递减变化;品清湖表层海水中Zn的平均含量明显高于汕尾港.(5)Cd:2007年6月(夏季),汕尾港及品清湖表层海水中Cd的含量范围为0.1～0.3μg/dm3,平均含量为0.1μg/dm3.2008年1月(冬季),汕尾港及品清湖表层海水中Cd的含量范围为0.1～0.7μg/dm3,平均含量为0.3μg/dm3.均符合国家一类海水水质标准.由图2i和图2j可见,2007年6月(夏季)汕尾港以Z9站表层海水中Cd的含量最高(0.3μg/dm3),且以Z9站为中心向周围呈递减变化,北岸站位表层海水中Cd的含量最低;品清湖以J12站表层海水中Cd的含量最高(0.3μg/dm3),呈东低西高的分布;不同区域表层海水中Cd的平均含量相差较小.2008年1月(冬季)汕尾港以Z6、Z10、Z13、Z19站表层海水中Cd的含量最高(0.2μg/dm3),呈近岸低离岸高的变化;品清湖以J7站表层海水中Cd的含量最高(0.7μg/dm3),总体上呈东高西低的变化;品清湖表层海水中Cd的平均含量高于汕尾港.2.2红海湾表层海水重金属污染指数wq的变化红海湾海域的汕尾港及品清湖表层海水中各重金属元素(Hg、Cu、Pb、Zn、Cd)单项污染指数的计算结果列于表3.从表3可见,各重金属的单项污染指数均小于1,表明汕尾港及品清湖表层海水中5种重金属元素(Hg、Cu、Pb、Zn、Cd)的含量均符合国家二类海水水质标准的要求.2007年6月(夏季)红海湾海域的汕尾港和品清湖表层海水中各重金属污染程度由高到低的排序分别是Cu>Pb>Zn>Hg>Cd,而2008年1月(冬季)其高低排序为Zn>Cu>Pb>Hg>Cd.根据这两次的调查数据,采用综合污染指数评价法分析得到的红海湾表层海水中重金属的综合污染指数列于表4,各站位综合污染指数的变化情况见图3.由表4可见,2007年6月(夏季),红海湾海域的汕尾港及品清湖表层海水中重金属综合污染指数(WQI)的变化范围在0.10～0.20之间,平均值为0.14,最大值(0.20)出现在Z9站.2008年1月(冬季),红海湾海域的汕尾港及品清湖表层海水中重金属综合污染指数(WQI)的变化范围在0.10～0.22之间,平均值为0.17,最大值(0.22)出现在J11、J14、Z8、Z9站.由图3可见,2008年1月(冬季)品清湖各站位表层海水重金属综合污染指数(WQI)明显高于2007年6月(夏季),汕尾港各站位表层海水重金属综合污染指数(WQI)的变化则较小.可见,这2次调查所有站位的表层海水重金属综合污染指数(WQI)均远小于1,属无污染.2008年1月(冬季)的综合污染指数(WQI)的平均值(0.17)略大于2007年6月(夏季)的综合污染指数(WQI)的平均值(0.14).这表明2008年1月(冬季)调查海域表层海水中的重金属污染较2007年6月(夏季)略有加重的趋势.2.3海水淡化指标与环境要素检测的相关分析由于不同的环境因素对重金属元素含量的影响不一样,为探讨环境因素对海水中重金属含量的影响程度,采用多元线性回归方法,分别计算了各重金属元素的含量与同一站位的表层海水盐度(S)、pH和化学需氧量(CCOD)测值之间的多元线性回归方程和相关系数(表5).由表5可见,环境因子对海水中重金属元素的作用既有共性,又有个性,且也存在明显的差异.总体上表现为:(1)重金属元素含量与环境要素测值的相关系数大小不一,其中,在海水中迁移形态和化学性质都比较稳定的Pb与环境要素测值的相关程度较差(R=0.222),Hg含量与环境要素测值的复相关系数(R=0.516)在p<0.05水平上显著;而在海水中迁移形态比较不稳定和化学性质又比较活泼的Zn、Cd、Cu与环境要素测值的相关程度在p<0.01的水平上达到显著水平(复相关系数分别为0.699、0.614、0.566).(2)不同的重金属元素含量受环境要素的影响程度不同,Zn、Cd、Cu含量以受海水COD、pH测值的影响为主,Hg含量主要受海水COD测值的影响,Pb含量主要受海水pH值的影响,海水盐度对重金属含量的影响不明显.(3)这5种重金属元素与环境要素测值的复相关系数按从大到小的顺序排列大致为:Zn>Cd>Cu>Hg>Pb.可见,红海湾表层海水中重金属与环境要素测值间的相关程度不仅取决于它们在水体中的迁移形态和化学性质,而且还会受到环境理化要素的变化所制约,表明重金属元素对环境要素的作用具有不同的选择性.3红海湾表层海水重金属污染程度与环境要素的关系通过对2007年6月(夏季)和2008年1月(冬季)广东红海湾海域表层海水中重金属含量的调查和评价,得到以下结论:(1)红海湾海域的汕尾港及品清湖表层海水中重金属元素Hg、Cu、Pb、Zn、Cd的含量较低,均符合国家二类海水水质标准的要求.(2)红海湾海域的汕尾港及品清湖表层海水中重金属元素Hg、Cu、Pb、Zn、Cd的单项污染指数(Cif)和所有站位的重金属综合污染指数(WQI)均