通过各种途径进入水体中的重金属绝大部分由水相转入固相,最终结合到悬浮物和沉积物中[1],从而导致沉积物成为重金属污染的源和汇[2-3],而沉积物中的重金属不仅会破坏底栖生物的生存环境[4],而且贝藻等对多数重金属元素具有很强的富集能力[5-8],并通过食物链的传递作用对消费者健康安全造成严重威胁[9-11]。因此,沉积物中重金属生态风险评价对于生态安全和食品安全具有重要意义[12]。 獐子岛是我国北方重要的贝类养殖海域,其底播虾夷扇贝面积和产量占全国的50%左右,为我国最大的虾夷扇贝养殖基地及对欧盟恢复出口的重点区域。前期研究表明,该海域水体环境[13]和初级生产力状况[14]均非常有利于贝类生产,且所产虾夷扇贝组织中重金属含量也低于相关标准[7]。但该海域表层沉积物中重金属污染状况仍不清楚,由于黄渤海其他部分区域表层沉积物均受到一定程度的重金属污染[15-19],且重金属污染所具有的辐射作用[18]导致獐子岛海域潜在具有受重金属污染的生态风险,对养殖贝类的可持续发展具有不利的影响。因此,本文采用瑞典科学家Hakanson潜在生态危害指数法[20]对獐子岛海域沉积物中Pb、Cd、Cu、Zn等有害重金属污染状况和潜在生态危害进行评价,以期了解该海域表层沉积物中的污染状况,为海域环境的综合评价与管理、贝类养殖业的可持续发展提供科学依据。 1材料与方法 1.1样品采集 根据獐子岛区域规划及虾夷扇贝养殖状况,在目标海区共设9个养殖区(调查站位,图1),并于2008年6月至11月间进行采样,采样频率为每月1次。采样时用抓斗式采样器对海域表层沉积物(0～10cm)进行采集,每次取3个平行样品,沉积物的采集、贮存、方法均按照GB17378.3—1998《海洋监测规范》(海洋监测规范,1998)第3部分:样品的采集、贮存与运输进行[21]。 1.2样品分析 1.2.1样品预处理 样品剔出砾石、贝壳及植物碎屑后60℃烘干,研磨、过80目筛、混匀后置于密闭袋中保存,以备分析。 1.2.2样品消解 称取0.5g处理好的表层沉积物样品,置于100mL玻璃三角瓶中,加10.0mLHNO3,静止过夜,置于电热板上低温升至180℃,瓶口加小漏斗回流,待反应缓和后,加2.5mLHClO4,加热至近干,待与室温平衡后,用石英二次蒸馏水仔细冲洗小漏斗,转移入100mL容量瓶中,定容至100mL,静止过夜。 1.2.3样品测定 样品测定的主要仪器为日本岛津公司的火焰-石墨炉原子吸收光谱仪(AA-6800型)。Pb、Cd用石墨炉原子吸收法测定,Cu、Zn用火焰原子吸收法测定。 2结果与讨论 2.1獐子岛贝类养殖区表层沉积物重金属含量及时空分布 2.1.1獐子岛贝类养殖区表层沉积物重金属含量的分布规律 总的来说,獐子岛贝类养殖海域表层沉积物中Pb、Cd、Cu、Zn等重金属总体含量水平均较低,远低于国家一类海域标准和黄渤海其他海域重金属含量水平,属于优良的贝类养殖海域(表1,表2)。需要注意的是,虽然獐子岛贝类养殖区沉积物及贝类产品[7]中都未受到重金属污染,但由于黄渤海其他海域都受到较高程度的重金属污染(表2),为保护这一良好贝类养殖海域,需要加强监督监控工作。 2.1.2表层沉积物中重金属含量的时间变化 獐子岛海域表层沉积物Pb、Cd、Cu、Zn在6月至11月之间的含量变化如图2所示。由图可以看出,这4种重金属基本表现出相同的变化趋势,都是在夏季的8月份和秋季的11月份含量较高;但Pb和Cd含量全年基本变化都不大,而Cu和Zn在11月份的含量远高于其他月份(P<0.05)。 2.2贝类养殖区重金属污染的生态危害评价 2.2.1贝类养殖区重金属污染的生态环境质量 本文采用LarsHakanson提出的现代工业化前正常颗粒沉积物中重金属含量的最高背景值w(Pb)、w(Cd)、w(Cu)、w(Zn)分别为25.00、0.50、30.00、80.00mg/kg,来反映表层沉积物重金属的污染程度[20]。采用单因子指数法对各自污染状况进行生态质量评价,评价公式如下:式中:ifC表示第i种重金属污染物的污染指数;isC表示沉积物第i种重金属的实测浓度mg/kg;inC表示全球工业化前沉积物中i种重金属的最高背景值。而多种污染物的综合效应用综合污染指数用Cd来表示:利用单因子污染指数和综合污染指数对獐子岛沉积物重金属污染进行计算,可以发现獐子岛海域沉积物中Pb、Cd、Cu、Zn含量均低于Hakanson提出的全球工业化前沉积物中相应污染物的背景值[20](表3,表4),表明獐子岛海域的沉积物重金属不具生态风险。 2.2.2贝类养殖区重金属污染的生态风险评价 本文采用瑞典学者Hakanson潜在生态危害指数法进行评价[20]。该指数法不仅反映了某一特定环境中的每种污染物的影响,而且也反映了多种污染物的综合影响,并且用定量的方法划分出潜在生态危害的程度。獐子岛海域贝类养殖区沉积物中重金属元素的潜在生态危害系数和生态危害指数RI列于表5。从结果可以看出,Pb、Cd、Cu、Zn四种重金属的单因子潜在生态风险系数和综合危害指数都远小于轻微的生态危害标准,同样也低于黄渤海北部其他邻近海域污染程度[17-18]。因此,獐子岛海域环境良好,属优良的贝类增养殖海域。 3结论 (1)獐子岛海域表层沉积物Pb、Cd、Cu、Zn含量均是在夏季较低、冬季较高,但远低于黄渤海其他海域及国家一类海域标准。(2)根据Hakanson潜在生态危害指数法对獐子岛海域沉积物中重金属进行评价,该海域不存在重金属生态危害性,属于优良的贝类增养殖海域。