通過各種途徑進入水體中的重金屬絕大部分由水相轉入固相,最終結合到懸浮物和沉積物中[1],從而導致沉積物成為重金屬污染的源和匯[2-3],而沉積物中的重金屬不僅會破壞底棲生物的生存環境[4],而且貝藻等對多數重金屬元素具有很強的富集能力[5-8],并通過食物鏈的傳遞作用對消費者健康安全造成嚴重威脅[9-11]。因此,沉積物中重金屬生態風險評價對于生態安全和食品安全具有重要意義[12]。

獐子島是我國北方重要的貝類養殖海域,其底播蝦夷扇貝面積和產量占全國的50%左右,為我國最大的蝦夷扇貝養殖基地及對歐盟恢復出口的重點區域。前期研究表明,該海域水體環境[13]和初級生產力狀況[14]均非常有利于貝類生產,且所產蝦夷扇貝組織中重金屬含量也低于相關標準[7]。但該海域表層沉積物中重金屬污染狀況仍不清楚,由于黃渤海其他部分區域表層沉積物均受到一定程度的重金屬污染[15-19],且重金屬污染所具有的輻射作用[18]導致獐子島海域潛在具有受重金屬污染的生態風險,對養殖貝類的可持續發展具有不利的影響。因此,本文采用瑞典科學家Hakanson潛在生態危害指數法[20]對獐子島海域沉積物中Pb、Cd、Cu、Zn等有害重金屬污染狀況和潛在生態危害進行評價,以期了解該海域表層沉積物中的污染狀況,為海域環境的綜合評價與管理、貝類養殖業的可持續發展提供科學依據。

1材料與方法

1.1樣品采集

根據獐子島區域規劃及蝦夷扇貝養殖狀況,在目標海區共設9個養殖區(調查站位,圖1),并于2008年6月至11月間進行采樣,采樣頻率為每月1次。采樣時用抓斗式采樣器對海域表層沉積物(0～10cm)進行采集,每次取3個平行樣品,沉積物的采集、貯存、方法均按照GB17378.3—1998《海洋監測規范》(海洋監測規范,1998)第3部分:樣品的采集、貯存與運輸進行[21]。

1.2樣品分析

1.2.1樣品預處理

樣品剔出礫石、貝殼及植物碎屑后60℃烘干,研磨、過80目篩、混勻后置于密閉袋中保存,以備分析。

1.2.2樣品消解

稱取0.5g處理好的表層沉積物樣品,置于100mL玻璃三角瓶中,加10.0mLHNO3,靜止過夜,置于電熱板上低溫升至180℃,瓶口加小漏斗回流,待反應緩和后,加2.5mLHClO4,加熱至近干,待與室溫平衡后,用石英二次蒸餾水仔細沖洗小漏斗,轉移入100mL容量瓶中,定容至100mL,靜止過夜。

1.2.3樣品測定

樣品測定的主要儀器為日本島津公司的火焰-石墨爐原子吸收光譜儀(AA-6800型)。Pb、Cd用石墨爐原子吸收法測定,Cu、Zn用火焰原子吸收法測定。

2結果與討論

2.1獐子島貝類養殖區表層沉積物重金屬含量及時空分布

2.1.1獐子島貝類養殖區表層沉積物重金屬含量的分布規律

總的來說,獐子島貝類養殖海域表層沉積物中Pb、Cd、Cu、Zn等重金屬總體含量水平均較低,遠低于國家一類海域標準和黃渤海其他海域重金屬含量水平,屬于優良的貝類養殖海域(表1,表2)。需要注意的是,雖然獐子島貝類養殖區沉積物及貝類產品[7]中都未受到重金屬污染,但由于黃渤海其他海域都受到較高程度的重金屬污染(表2),為保護這一良好貝類養殖海域,需要加強監督監控工作。

2.1.2表層沉積物中重金屬含量的時間變化

獐子島海域表層沉積物Pb、Cd、Cu、Zn在6月至11月之間的含量變化如圖2所示。由圖可以看出,這4種重金屬基本表現出相同的變化趨勢,都是在夏季的8月份和秋季的11月份含量較高;但Pb和Cd含量全年基本變化都不大,而Cu和Zn在11月份的含量遠高于其他月份(P<0.05)。

2.2貝類養殖區重金屬污染的生態危害評價

2.2.1貝類養殖區重金屬污染的生態環境質量

本文采用LarsHakanson提出的現代工業化前正常顆粒沉積物中重金屬含量的最高背景值w(Pb)、w(Cd)、w(Cu)、w(Zn)分別為25.00、0.50、30.00、80.00mg/kg,來反映表層沉積物重金屬的污染程度[20]。采用單因子指數法對各自污染狀況進行生態質量評價,評價公式如下:式中:ifC表示第i種重金屬污染物的污染指數;isC表示沉積物第i種重金屬的實測濃度mg/kg;inC表示全球工業化前沉積物中i種重金屬的最高背景值。而多種污染物的綜合效應用綜合污染指數用Cd來表示:利用單因子污染指數和綜合污染指數對獐子島沉積物重金屬污染進行計算,可以發現獐子島海域沉積物中Pb、Cd、Cu、Zn含量均低于Hakanson提出的全球工業化前沉積物中相應污染物的背景值[20](表3,表4),表明獐子島海域的沉積物重金屬不具生態風險。

2.2.2貝類養殖區重金屬污染的生態風險評價

本文采用瑞典學者Hakanson潛在生態危害指數法進行評價[20]。該指數法不僅反映了某一特定環境中的每種污染物的影響,而且也反映了多種污染物的綜合影響,并且用定量的方法劃分出潛在生態危害的程度。獐子島海域貝類養殖區沉積物中重金屬元素的潛在生態危害系數和生態危害指數RI列于表5。從結果可以看出,Pb、Cd、Cu、Zn四種重金屬的單因子潛在生態風險系數和綜合危害指數都遠小于輕微的生態危害標準,同樣也低于黃渤海北部其他鄰近海域污染程度[17-18]。因此,獐子島海域環境良好,屬優良的貝類增養殖海域。

3結論

(1)獐子島海域表層沉積物Pb、Cd、Cu、Zn含量均是在夏季較低、冬季較高,但遠低于黃渤海其他海域及國家一類海域標準。(2)根據Hakanson潛在生態危害指數法對獐子島海域沉積物中重金屬進行評價,該海域不存在重金屬生態危害性,屬于優良的貝類增養殖海域。