兴化湾表层海水和沉积物中重金属含量的时空变化特征_蔡榕硕

第37卷第4期2019年10月海洋科学进展A D V A N C E S I N MA R I N E S C I E N C EV o l .37 N o .4O c t o b e r ,2019兴化湾海域水体和表层沉积物中重金属分布及其源解析王恩康1,丰爱平2,张志卫1,孙永根1,池 源1(1.自然资源部第一海洋研究所,山东青岛266061;2.自然资源部海岛研究中心,福建平潭350400)收稿日期:2018-06-14资助项目:国家海洋公益性行业科研专项经费项目 海岛旅游海滩管理技术研究与应用示范(201405037);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金 岛群植物多样性空间分布的多重梯度效应(2018Q 07)作者简介:王恩康(1985-),男,山东即墨人,工程师,硕士,主要从事海洋环境工程方面研究.E -m a i l :w e k a n g @f i o .o r g.c n (王佳实 编辑)摘 要:根据2015年春季兴化湾海域的环境调查资料,对海水和沉积物中的重金属分布及其来源进行了探讨㊂采用单因子污染指数法和地质累积指数法对海水和沉积物污染程度进行评价,并利用主成分分析法对其重金属的潜在来源进行解析㊂结果显示:表层海水中重金属C d ,A s 和C r 质量浓度符合海水水质一类标准,重金属C u ,P b ,Z n,H g 质量浓度均符合海水水质二类标准;表层沉积物中重金属C u ,P b ,Z n ,H g ,A s ,C d ,C r 含量均符合海洋沉积物质量一类标准㊂地质累积指数评价结果显示,沉积物中重金属C d 总体为污染,其余6种重金属为清洁水平㊂表层沉积物中重金属间相关性分析表明,H g 与C u ,Z n 之间具有相似的来源特征㊂研究区重金属潜在来源主要为江阴港周边入港船舶排放㊁生活污水和工农业生产的输入㊁周边河流输入和大气沉降等㊂关键词:兴化湾;重金属;海水;沉积物;生态危害;源解析中图分类号:X 55 文献标识码:A 文章编号:1671-6647(2019)04-0696-13d o i :10.3969/j.i s s n .1671-6647.2019.04.016引用格式:WA G N EK ,F E N GAP ,Z HA N GZ W ,e t a l .H e a v y m e t a l d i s t r i b u t i o n a n d i t s s o u r c e a n a l y s i s i n s e a w a -t e r a n d s e d i m e n t s o fX i n g h u aB a y[J ].A d v a n c e s i n M a r i n eS c i e n c e ,2019,37(4):696-708.王恩康,丰爱平,张志卫,等.兴化湾海域水体和表层沉积物中重金属分布及其源解析[J ].海洋科学进展,2019,37(4):696-708.重金属对海洋生态系统中生物组分的生长和发育具有极其重要的影响[1],水体和沉积物作为重要介质和载体,重金属可在二者之间相互转化㊂表层沉积物同时充当着水体中重金属的 源 和 汇 ㊂一直以来,国内外环境化学研究中重金属元素的环境污染问题备受关注[2-3]㊂海湾具有剧烈的海陆交互作用和复杂的人类干扰,其生态系统健康面临着较大的保护压力,弄清楚海湾水体和沉积物重金属质量浓度及污染特征对保护海湾生态系统具有重要意义㊂长期以来,国内学者对兴化湾重金属污染进行了大量研究,生活污水和工农业生产的输入㊁周边河流输入㊁海湾内外的物质交换㊁入港船舶排放和大气沉降等是本区域重金属的主要来源,但相关工作停留于之前调查,阮金山等[4]和蔡榕硕[5]分别在1997年㊁2011年以及王伟力等[6]于2012年对兴化湾生态风险进行过评价[4-6]㊂为了解兴化湾周边海域的环境背景并对环境影响研究和治理提供必要的基础信息,本研究根据2015-03(春季)兴化湾的水质和沉积物现状调查结果分析了重金属在水体和沉积物中的分布特征,探讨了重金属的可能来源,以期为海湾生态系统维护提供重要依据㊂4期王恩康,等:兴化湾海域水体和表层沉积物中重金属分布及其源解析697 1材料与方法1.1研究区及调查站位兴化湾位于福建省沿海中段㊁莆田市和福清市境内,属淤积型基岩海湾,湾顶有木兰溪等河流注入,是福建省最大的海湾㊂该湾口门宽约23k m,纵深约28k m,海湾面积约619.4k m2[7]㊂兴化湾内水深较浅,大部分小于10m,仅湾口处水深大于20m㊂兴化湾周边海域底质类型以细砂㊁粉砂和粉砂质黏土为主㊂随着经济的快速发展,目前福清市正大力发展和建设以临港工业为主导的现代深水港和江阴工业集中区㊂临港工业和船舶运输的迅速发展将对海洋环境产生一定影响㊂2015-03在兴化湾海域进行了海水样品的采集,站位数为24站,其中表层沉积物样品站位数为13站(图1)㊂图1研究区与调查站位F i g.1 S a m p l i n g l o c a t i o n s i n t h e s t u d y a r e a1.2样品采集与分析方法基于‘海洋监测规范“(G B17378.3-2007)[8]中样品的采集㊁贮存和运输方法对样品进行采集㊂海域水质样品采集自大潮期,水深小于10m时仅采取表层海水,大于10m则取表底两层㊂海水用0.45μm醋酸纤维滤膜过滤处理,滤液用超纯硝酸酸化至p H<2,密封于聚乙烯样品瓶内,避光保存至实验室㊂沉积物样品采集采用重力抓斗采泥器,取浮泥以下0~2c m表层沉积物样品密封于双层聚乙烯袋内,低温冷冻直至样品分析㊂按照‘海洋监测规范“(G B17378.5-2007)[8]海水㊁沉积物分析方法进行样品分析㊂采用原子荧光光谱仪和原子吸收分光光度计测试在7种重金属(A s,H g,Z n,C r,C u,C d,P b)海水中质量浓度和沉积物样品中698海洋科学进展37卷的含量,准确度(Δl g C)控制在0.110~0.112,精密度(R S D)控制在10%~20%㊂其中,A s和H g采用原子荧光光谱法(S K-2003A Z)测试,Z n,C r,C u,C d,P b采用原子吸收分光光度法(W F X-120)测试,海水水质检出限分别为0.5,0.007,3.1,0.4,0.2,0.01和0.03μg/L,沉积物检出限分别为0.1,0.002,6.0,2.0,2.0,0.05和3.0m g/k g㊂沉积物中硫化物㊁石油类和有机碳分别采用碘量法㊁紫外分光光度法和重铬酸钾氧化-还原容量法测试,检出限分别为4.0m g/k g,2.0m g/k g和0.03%㊂1.3评价方法1.3.1单因子指数法使用单因子指数质量模型对兴化湾海水和沉积物中的6种重金属(C r除外)进行评价,计算公式为[9],(1)P i=C i Si式中,P i为某重金属i项指标,C i为某重金属i项实测数据,S i为某重金属i项评价标准㊂当P i>1,水体受到污染,当P iɤ1,水体未污染,P i越大,水体受污染程度越高㊂本研究采用‘海水水质标准“(G B3097 1997)[10]和‘海洋沉积物质量“(G B18668 2002)[11]对重金属质量浓度进行评价㊂1.3.2地质累积指数利用Mül l e r教授[12]提出的地积累指数(I g e o)对重金属污染状况进行评价㊂沉积物中重金属富集程度依据地质累积指数(I g e o)划分为7个等级(表1),计算公式为I g e o=l o g2[C n/(kˑB n)],(2)式中,C n为元素n实测含量(10-6);k是考虑到造岩运动可能会引起背景值的变动而取的常数,k=1.5;B n 是元素n的地球化学背景值,本文采用福建省海岸带土壤环境中重金属的背景值[13]㊂表1地质累积指数I g e o与污染分级T a b l e1 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n I g e o c l a s s e s a n d l e v e l s o f c o n t a m i n a t i o nI g e o级别污染程度I g e oɤ00清洁0<I g e oɤ11轻度污染1<I g e oɤ22偏中度污染2<I g e oɤ33中度污染3<I g e oɤ44偏重污染4<I g e oɤ55重污染I g e o>56严重污染2结果与讨论2.1重金属元素质量浓度分布特征2.1.1海水的重金属质量浓度兴化湾海水中重金属(C u,P b,Z n,C d,H g,A s,C r)质量浓度和单因子指数评价结果见表2㊂Z n的质量浓度最高,变化范围介于13.6~47.1μg/L,其均值ʃ标准偏差为(31.9ʃ8.4)μg/L;C u的质量浓度次之,变化范围介于2.9~7.9μg/L,其均值ʃ标准偏差为(5.8ʃ1.3)μg/L;A s的变化范围介于1.0~1.7μg/L,其均值ʃ标准偏差为(0.5ʃ0.2)μg/L;P b,C d,H g,C r的均值质量浓度均小于1μg/L,其质量浓度的变化范围分4期王恩康,等:兴化湾海域水体和表层沉积物中重金属分布及其源解析699别介于0.28~2.86,0.03~0.87,0.079~0.148,0.2~0.9μg/L,其质量浓度均值ʃ标准偏差分别为(0.75ʃ0.71)μg/L,(0.16ʃ0.21)μg/L,(0.108ʃ0.023)μg/L,(0.5ʃ0.2)μg/L㊂除重金属A s的变异系数(10%)较小外,其他6种重金属(C u,P b㊁Z n,C d,H g和C r)的变异系数均较大(21%~132%),其中,重金属C d变异系数最大(132%);空间分布上,C u㊁C d和A s的质量浓度高值区位于江阴半岛南侧海域(5号站位),H g 和P b的高值区分别位于兴化湾南侧近岸海域(1号站位)和北侧近岸海域(14号站位)㊂海水中7种重金属质量浓度的空间分布情况见图2㊂表2海水中重金属的质量浓度(μg㊃L-1)T a b l e2 C o n t e n t s o f h e a v y m e t a l s i n s u r f a c e s e a w a t e r(μg㊃L-1)指标C u P b Z n C d H g A s C r16.40.5313.60.030.1481.50.225.90.3726.90.030.1371.60.237.20.3141.70.040.1361.40.247.10.4337.70.050.1431.40.657.92.8640.90.870.0811.70.263.30.3029.60.040.0791.20.273.91.5523.60.100.0871.60.486.30.6738.90.110.0861.30.597.70.2834.10.030.0801.30.2106.70.3135.10.060.0841.20.9116.60.4325.90.050.0851.20.6126.00.8116.20.040.0961.20.5135.50.3337.40.050.0901.20.8142.92.8632.80.600.0931.00.5155.10.6435.20.390.0971.20.4165.60.4228.10.330.0981.00.4175.90.7530.70.100.1181.30.8185.90.7536.90.080.1101.30.4195.20.7324.50.130.1151.30.7207.00.4533.80.100.1181.20.4214.41.0247.10.100.1321.20.2226.70.4433.60.320.1231.30.9234.40.3842.40.090.1261.20.6245.40.4220.20.040.1381.20.6最小值2.90.2813.60.030.0791.00.2最大值7.92.8647.10.870.1481.70.9均值ʃ偏差5.8ʃ1.30.75ʃ0.7131.9ʃ8.40.16ʃ0.210.108ʃ0.0231.3ʃ0.20.5ʃ0.2变异系数0.20.940.31.320.2110.10.5700海洋科学进展37卷图2海水中重金属元素空间分布特征(μg㊃L-1)F i g.2 S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f h e a v y m e t a l s i n s e a w a t e r(μg㊃L-1)表3显示了研究区与我国其他典型海域重金属质量浓度特征㊂由表3可见,兴化湾重金属的平均质量浓度均高于北黄海(C d除外)㊁南黄海(A s除外)㊁东海㊁南海和1997年兴化湾的平均值;而兴化湾P b和C d 的平均质量浓度与辽东湾和渤海湾(人类活动剧烈的海湾)相比要低很多,如P b质量浓度约为辽东湾的0.1倍㊂兴化湾H g的质量浓度约为渤海湾2倍,兴化湾中C u和Z n质量浓度与辽东湾和渤海湾则相差不大㊂1997 2015年,由于海岸带区域人类活动日趋剧烈,流域污染负荷增加,兴化湾海域海水中重金属质量浓度总体表现出增加趋势,Z n和C d2007年质量浓度均低于1997年和2015年调查数据,年际质量浓度直方图见图3㊂4期王恩康,等:兴化湾海域水体和表层沉积物中重金属分布及其源解析701表3兴化湾与其他典型海域海水的重金属质量浓度对比(μg㊃L-1)T a b l e3 C o m p a r i s o n s o f h e a v y m e t a l s c o n c e n t r a t i o n s i n s e a w a t e r b e t w e e nX i n g h u aB a y w i t h t h e t y p i c a l s e a a r e a s(μg㊃L-1)海域C u P b Z n C d H g A s来源辽东湾北部(2001,2002,2003和2004年每年8月)5.156.0341.091//文献[14]渤海湾3.224.4343.920.20.05/文献[15]北黄海(2017-10)1.40.48.10.24//文献[16]南黄海1.410.376.210.0780.00362.33文献[17]东海3.90.25.50.024//文献[18]南海0.10.060.0860.007//文献[19]兴化湾(1997年)0.80.516.90.08//文献[4]兴化湾(2007年)2.310.7815.30.030.021.00文献[6]兴化湾(2015年)5.780.7531.930.160.111.29本研究注: / 代表此处无数据注:C d质量浓度较其他重金属元素显著要低,制图时取实际值乘以10图31997,2007和2015海水中重金属质量浓度直方图F i g.3 S t a t i s t i c a l h i s t o g r a m s o f h e a v y m e t a l s i n s e a w a t e r d u r i n g1997,2007a n d20152.1.2沉积物的重金属含量兴化湾海域沉积物中元素含量见表4㊂由表4可知,重金属中Z n的含量最高,其变化范围介于42.7~ 106.5m g/k g,其均值ʃ标准偏差为(79.6ʃ19.7)m g/k g;C r的含量次之,变化范围介于9.8~27.1m g/k g,其均值ʃ标准偏差为(18.0ʃ6.7)m g/k g;P b的含量稍低于C r,其变化范围介于10.6~22.3m g/k g,均值ʃ标准偏差为(16.9ʃ3.2)m g/k g;C u的含量变化范围介于9.1~20.3m g/k g,其均值ʃ标准偏差为(13.0ʃ3.3)m g/k g;A s,C d,H g的含量均低于10m g/k g,其变化范围分别介于3.7~8.5,0.09~0.30和0.012~ 0.068m g/k g,均值ʃ标准偏差分别为(6.18ʃ1.4),(0.17ʃ0.07)和(0.047ʃ0.016)m g/k g;其余3种元素硫化物的变化范围介于0.1~64.6m g/k g,均值ʃ标准偏差为(11.1ʃ18.5)m g/k g;石油类的变化范围介于6.9 ~87.3m g/k g,均值ʃ标准偏差为(29.0ʃ22.1)m g/k g;有机碳的变化范围介于1.06%~1.72%,均值ʃ标准偏差为(1.34ʃ0.22)%㊂单因子评价结果表明,调查海域中所有重金属的含量均符合海洋沉积物质量一类标准,沉积物质量良好㊂海水中7种重金属含量的空间分布情况见图4㊂本研究与2012年㊁2007年兴化湾海域沉积物中重金属的含量相比,除C d变化较大外,其余元素均变化不大,C u,P b和C d较1997年变化较大;与其他不同海湾河口比较,大部分元素稍高于莱州湾和钦州湾,而低于渤海湾㊁胶州湾㊁长江口和珠江口(表5)㊂自1997年至2015年,重金属年际含量直方图见图5㊂702海洋科学进展37卷表4表层沉积物中重金属及其环境要素的含量T a b l e4 C o n t e n t s o f h e a v y m e t a l s a n de n v i r o n m e n t a l f a c t o r s i n s u r f a c e s e d i m e n t s指标C u P b Z n C d H g A s C r硫化物石油类有机碳220.314.343.60.180.0125.012.94.327.31.40 314.818.488.50.180.0457.414.033.030.31.46 713.022.387.50.160.0456.29.80.118.91.42 818.016.642.70.100.0248.023.83.56.91.16 912.322.093.20.160.0508.518.064.615.91.09 1011.115.892.30.090.0648.316.47.287.31.44 1112.110.682.40.300.0506.313.20.513.51.20 1212.215.787.40.170.0686.711.312.937.11.72 149.114.986.60.090.0546.426.713.916.71.19 1513.616.091.70.150.0557.622.80.558.01.20 1813.119.6106.50.110.0586.410.63.829.71.71 219.215.557.00.300.0363.727.00.59.11.06 239.718.075.20.200.0558.027.10.226.21.41平均值13.016.979.60.170.0476.818.011.129.01.34最小值9.110.642.70.090.0123.79.80.16.91.06最大值20.322.3106.50.300.0688.527.164.687.31.72标准偏差3.33.219.70.070.0161.46.718.522.10.22变异系数0.30.20.20.410.3300.20.41.70.80.16注:有机碳单位为%,其余元素单位m g㊃k g-1表5兴化湾与其他典型海域表层沉积物的重金属含量对比(m g㊃k g-1)T a b l e5 C o m p a r i s o n s o f h e a v y m e t a l s c o n c e n t r a t i o n s i n s u r f a c e s e d i m e n t sb e t w e e nX i n g h u aB a y w i t ht h e t y p i c a l s e a a r e a s(m g㊃k g-1)海域C u P b Z n C d C r H g A s来源渤海湾23.183887.220.2360.470.0316.09文献[20]莱州湾13.817.320.10.34325.40.0339.7文献[21]胶州湾28.223.660.10.03478.480.01699.21文献[22]长江口37.4336.8593.480.1772.910.04310.6文献[23]兴化湾(1997年)3025800.5///文献[4]兴化湾(2007年)15.9131.183.90.058/0.0357.21文献[6]兴化湾(2012年)14.120.893.50.04919.10.0346.3文献[5]兴化湾(2015年)12.9616.8979.580.1717.950.056.81本研究珠江口56431390.96310.129文献[24]钦州湾13.5410.45134.620.0923.340.05411.97文献[25]注: / 代表此处无数据4期王恩康,等:兴化湾海域水体和表层沉积物中重金属分布及其源解析703图4沉积物中重金属元素空间分布特征(m g㊃k g-1)F i g.4 S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f h e a v y m e t a l s i n s u r f a c e s e d i m e n t s(m g㊃k g-1)2.2污染评价2.2.1重金属单因子污染指数海水中C d和A s符合第一类海水水质标准,其余C u,P b,Z n,H g元素符合第二类海水水质标准;沉积物中的所有元素均符合一类沉积物质量标准,沉积物质量状态良好㊂海水水质和沉积物质量标准详见表6㊂704 海 洋 科 学 进 展37卷注:C d 质量浓度较其他重金属元素显著要低,制图时取实际值乘以10图5 1997年,2007年,2012年和2015年沉积物中重金属含量直方图F i g .5 S t a t i s t i c a l h i s t o g r a m s o f h e a v y m e t a l s i n s e d i m e n t s d u r i n g 1997,2007,2012a n d2015表6 海水、沉积物单因子污染指数评价结果T a b l e 6 E v a l u a t i o n r e s u l t s o f s i n gl e f a c t o r p o l l u t i o n i n d e xo f s e a w a t e r a n d s e d i m e n t 指 标C u P b Z nC d H gA s C r 第一类海水标准值[10]/(μg ㊃L -1)512010.0520/第二类海水标准值[10]/(μg ㊃L -1)1055050.2030/第一类海水水质达标率/%218381000100/第二类海水水质达标率/%100100100100100100/第一类沉积物标准值[11]/(m g ㊃k g-1)35601500.50.22080第一类沉积物达标率/%218381000100100注:/ 代表此处无数据2.2.2 地质累积指数表7为7种重金属元素各站点的I g e o 值及其对应的污染级别㊂从单个重金属的I g e o 来看,兴化湾海域沉积物中C d 污染最为严重,除10号㊁14号站位为清洁外,其余站位总体污染级别为轻度污染和偏中度污染㊂其余C u ,P b ,Z n ,H g ,A s ,C r 六种元素所有站位均为清洁水平㊂按照I g e o 平均值由大到小依次为:C d >A s >Z n >H g>C u >P b >C r ㊂表7 表层沉积物中重金属污染的I ge o 和污染级别T a b l e 7 I g e ov a l u e s a n d p o l l u t i o n l e v e l o f h e a v y m e t a l s i n s u r f a c e s e d i m e n t s 站 位重金属污染的I g e o 和污染级别I g e o ,C u ,级别I g e o ,P b ,级别I g e o ,Z n ,级别I g e o ,C d ,级别I g e o ,H g ,级别I g e o ,A s ,级别I g e o ,C r ,级别2-0.73,0-2.04,0-1.53,01.00,1-2.98,0-0.93,0-2.24,03-1.18,0-1.67,0-0.50,01.00,1-1.07,0-0.37,0-2.13,07-1.37,0-1.39,0-0.52,00.83,1-1.07,0-0.62,0-2.65,08-0.90,0-1.82,0-1.55,00.15,1-1.98,0-0.25,0-1.36,09-1.45,0-1.41,0-0.43,00.83,1-0.92,0-0.17,0-1.76,010-1.60,0-1.89,0-0.44,00.00,0-0.56,0-0.21,0-1.90,011-1.47,0-2.46,0-0.61,01.74,2-0.92,0-0.61,0-2.21,012-1.46,0-1.90,0-0.52,00.92,1-0.47,0-0.52,0-2.43,04期王恩康,等:兴化湾海域水体和表层沉积物中重金属分布及其源解析705续表站位重金属污染的I g e o和污染级别I g e o,C u,级别I g e o,P b,级别I g e o,Z n,级别I g e o,C d,级别I g e o,H g,级别I g e o,A s,级别I g e o,C r,级别14-1.88,0-1.98,0-0.53,00.00,0-0.81,0-0.59,0-1.19,0 15-1.30,0-1.87,0-0.45,00.74,1-0.78,0-0.34,0-1.42,0 18-1.36,0-1.58,0-0.24,00.29,1-0.70,0-0.58,0-2.53,0 21-1.87,0-1.92,0-1.14,01.74,2-1.39,0-1.36,0-1.18,0 23-1.79,0-1.70,0-0.74,01.15,2-0.78,0-0.26,0-1.17,0平均值-1.41,0-1.82,0-0.71,00.80,1-1.11,0-0.52,0-1.86,02.3沉积物中重金属的源解析2.3.1重金属相关分析目前,人们普遍认为沉积物中重金属含量受环境背景值㊁人类活动以及海洋中各种生物㊁物理和化学因素的影响㊂兴化湾重金属元素间的相互关系由表8可知,H g与C u,Z n高度相关,C r和有机碳显著相关㊂相同区域内,重金属元素之间的相关性往往代表着其来源的相似性[26-27]㊂H g与C u,Z n主要为人类活动引起的重金属输入,它们之间来源特征相似,表征均已受到严重的人为干扰[28];其余元素之间的相关性不显著,一定程度上反映出P b,C d和A s的非同源性㊂表8表层沉积物中重金属与环境要素的相关性T a b l e8 C o r r e l a t i o n sb e t w e e nh e a v y m e t a l s a n de n v i r o n m e n t a l f a c t o r s i n s u r f a c e s e d i m e n t s元素C u P b Z n C d H g A s C r硫化物石油类有机碳C u1.000P b-0.0291.000Z n-0.5060.3551.000C d-0.192-0.366-0.2481.000H g-0.709**0.1220.855**-0.1791.000A s0.0120.3360.370-0.5430.3991.000C r-0.377-0.171-0.3450.032-0.0980.0451.000硫化物-0.0170.4550.292-0.1370.1080.420-0.0861.000石油类-0.075-0.0650.408-0.3950.4850.380-0.166-0.1091.000有机碳0.1110.1790.390-0.2910.3890.058-0.647*-0.1750.3671.000注:**代表在0.01水平(双侧)上显著相关;*代表在0.05水平(双侧)上显著相关海湾环境中重金属的富集受到自然和人为因素的综合影响,自然因素包括地形㊁潮流等,人为因素包括:港口码头排放㊁船舶污染㊁入海河流污染等[28]㊂由分析可知,兴化湾海域的重金属主要有3个方面来源:一是研究区内多条季节性间歇入海河流,兴化湾周边生活污水和工农业生产等经入海径流排入湾内,使研究区受到较大影响;二是江阴港位于兴化湾内,其运输货种以煤炭和矿石等散杂货等为主,煤渣㊁矿渣等入海也成为一个重要的输入源;三是大气沉降[29]也是重金属的重要输入源之一㊂2.3.2重金属因子分析本文以海水和表层沉积物中重金属C u,P b,Z n,C d,C r,H g和A s的质量浓度为参数,应用主成分分析法(p r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l y s i s,P C A),在对原始矩阵数据归一化处理的基础上,按特征值ȡ1的标准提取主成分;共获得3个主成分P C1,P C2和P C3㊂海水3个主成分的累计方差为68.53%,沉积物3个主成分的累计方差为81.36%,其特征值和方差贡献详见表9㊂706 海 洋 科 学 进 展37卷海水中P C 1的方差贡献为30.13%,P b ,C d 占的荷载较高,P C 2的方差贡献为22.67%,A s ,C u 和H g 占的荷载较高,P C 3的方差贡献为15.74%,Z n ,C r 占的荷载较高;沉积物中P C 1的方差贡献为39.38%,Z n ,H g ,A s 占的荷载较高,P C 2的方差贡献为24.74%,C u 和P b 占的荷载较高,P C 3的方差贡献为17.23%,C r 占的荷载较高㊂结合表9可得,海水中P C 2和沉积物中P C 1的重金属元素相似,海水中P C 3和沉积物中P C 3的重金属元素相似㊂已有研究发现,P b 主要受陆源排污㊁海上交通排污及大气沉降等影响,C r 主要为采矿和工业污染物等随河流输入,H g 主要来源于陆源河流输入和大气沉降等[25],A s 在自然环境中存在极少,受农药和化肥的使用㊁煤渣排污的影响较大㊂兴化湾西部为港口航运区,海上交通运输频繁,海上交通排污可能为P b ,C r ,H g,A s 含量较高的重要原因㊂C u 和Z n 主要来源一般为工业污染㊁陆地岩石以及土壤风化产物[25]㊂表9 海水和表层沉积物重金属含量主成分分析计算结果T a b l e 9 C o n t e n t s o f h e a v y m e t a l s i n s e a w a t e r a n d s u r f a c e s e d i m e n t s ,c a l c u l a t e db yp r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l ys i s (P C A )项 目主成分C uP bZ nC dC rH gA s特征值方差贡献累积方差贡献海水P C 1-0.180.920.300.90-0.26-0.500.142.1130.13%30.13%P C 20.610.040.010.01-0.550.410.861.5922.67%52.80%P C 30.60-0.180.700.130.43-0.13-0.091.1015.74%68.53%沉积物P C 1-0.550.470.91-0.45-0.150.890.622.7639.38%39.38%P C 20.780.47-0.10-0.65-0.42-0.350.421.7324.74%64.13%P C 3-0.140.00-0.32-0.370.88-0.100.421.2117.23%81.36%3 结 论本文针对典型海湾重金属空间分布及其来源这一关键科学问题,以福建兴化湾为研究区,基于现场调查㊁取样和测试,分析了重金属元素含量在海水和沉积物中的空间分布特征,采用不同方法评价了重金属的污染状况,进而开展了沉积物中重金属的源解析㊂主要研究结论如下:1)兴化湾水体中C u ,P b ,Z n ,C d ,H g 和A s 的平均浓度分别为5.78,0.75,31.93,0.16,0.11和1.29μg /L ;单因子指数评价结果表明,C u ,P b 和H g 超一类水质标准,其余元素均符合二类海水质量标准㊂2)兴化湾表层沉积物中C u ,P b ,Z n ,C d ,H g,A s 和C r 的总平均值分别为12.96,16.89,79.58,0.17,0.05,6.81和17.95m g /k g㊂7种元素均符合海洋沉积物质量一类标准,沉积物质量状态良好㊂3)地质累积指数评价结果显示,7种重金属元素污染程度由强到弱依次为:C d >A s >Z n >H g >C u >P b >C r ㊂4)相关分析结果表明,H g 与C u ,Z n 之间具有相似的来源特征;其余元素的相关性不显著㊂基于主成分分析法对海水和沉积物中重金属的潜在来源进行了解析,主要为生活污水和工农业生产的输入㊁江阴港周边入港船舶排放㊁周边河流输入和大气沉降等㊂参考文献(R e f e r e n c e s):[1] T A N G DG ,K E N T W W ,P E T E R HS .D i s t r i b u t i o n a n d p a r t i t i 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t a n350400,C h i n a)A b s t r a c t:B a s e do n t h e f i e l d s u r v e y d a t ao f s e a w a t e r a n ds u r f a c e s e d i m e n t so b t a i n e d f r o m X i n g h u aB a y i n t h e s p r i n g o f2015,t h i s s t u d y a n a l y z e da n dd i s c u s s e d t h e s p a t i a l d i s t r i b u t i o na n ds o u r c e so f h e a v y m e t a l s w e r e.B y u s i n g m e t h o d s o f s i n g l e f a c t o r c o n t a m i n a n t a n d t h e g e o a c c u m u l a t i o n i n d i c e s,t h i s s t u d y e v a l u a t e d t h e c o n t a m i n a t i o n l e v e l o f t h e s e a w a t e r a n d t h e s u r f a c e s e d i m e n t s.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t,i n t h e s u r f a c e s e a w a t e r,t h e c o n t e n t s o fC d,A s a n dC rm e t t h e f i r s t c l a s s s t a n d a r d o f s e a w a t e r q u a l i t y,a n d t h o s e o f C u, P b,Z na n dH g w e r e i n l i n ew i t h t h e s e c o n d c l a s s s t a n d a r d.I n t h e s u r f a c e s e d i m e n t s,t h e c o n t e n t s o fC u, P b,Z n,H g,A s,C d a n dC rw e r e i na c c o r d a n c ew i t h t h e f i r s t c l a s s o fm a r i n e s e d i m e n t q u a l i t y s t a n d a r d s. T h e e v a l u a t i o n r e s u l t s b a s e d o n t h em e t h o d o f g e o a c c u m u l a t i o n i n d i c e s s h o w e d t h a t C d i n t h e s e d i m e n tw a s g e n e r a l l yp o l l u t e da n dt h e r e m a i n i n g s i xe l e m e n t sw e r e i nc l e a n l e v e l.T h ec o r r e l a t i o na n a l y s i s f o rh e a v y m e t a l s i n s u r f a c e s e d i m e n t ss h o w e dt h a tH g,C ua n dZ nh a v es i m i l a rs o u r c ec h a r a c t e r i s t i c s.F i n a l l y,w e s u g g e s t e d t h a t t h e p o t e n t i a l s o u r c e so f t h eh e a v y m e t a l sa r e m a i n l y t h e m a r i n e t r a f f i c p o l l u t i o n,h a r b o r d r e d g i n g,t e r r e s t r i a l p o l l u t i o nv i a r i v e r s a n d a t m o s p h e r i c d e p o s i t i o n.K e y w o r d s:X i n g h u aB a y;h e a v y m e t a l s;s e a w a t e r;s u r f a c e s e d i m e n t s;e c o l o g i c a l r i s k;s o u r c e a n a l y s i s R e c e i v e d:J u n e14,2018。

运用主成分分析评价海洋沉积物中重金属污染来源一、本文概述本文旨在运用主成分分析（PCA）这一统计工具，对海洋沉积物中的重金属污染来源进行评价。

随着工业化和城市化的快速发展，海洋环境面临着日益严重的重金属污染问题，这不仅对海洋生态系统构成威胁，还可能通过食物链对人类健康造成潜在影响。

因此，识别和评价重金属污染的来源对于制定有效的污染防治策略至关重要。

主成分分析作为一种多变量统计分析方法，能够通过降维处理，提取出数据中的主要信息，揭示隐藏在复杂数据背后的污染源信息。

本文首先将对主成分分析的基本原理进行介绍，然后详细阐述其在海洋沉积物重金属污染来源评价中的应用过程，包括数据收集、预处理、主成分提取与解释等步骤。

通过实例分析，展示主成分分析在海洋沉积物重金属污染来源评价中的实际应用效果，以期为相关研究和实践工作提供有益的参考。

二、研究区域与样品采集本研究选取位于中国东南沿海的某典型海域作为研究对象。

该海域受到人类活动影响显著，包括工业排放、农业活动、城市污水排放以及船舶运输等，使得该海域的海洋沉积物中可能含有多种重金属元素。

在研究区域内，我们选择了10个代表性站位进行沉积物样品的采集。

站位的选择考虑了海域内不同污染源的分布、水深、水流等因素，以确保采集到的样品能够全面反映研究区域的污染状况。

样品采集使用抓斗式采样器，在每个选定的站位采集表层沉积物样品，深度约为0-10厘米。

采样过程中，我们严格遵守了无污染的采样原则，确保采集到的样品不受外界因素的干扰。

同时，我们还对每个站位的水深、水温、盐度等环境参数进行了现场测量，以便后续分析。

采集到的沉积物样品被立即装入洁净的聚乙烯塑料袋中，密封后低温保存，以确保样品的原始状态不受破坏。

在实验室中，我们对每个样品进行了详细的记录，包括站位位置、采样日期、环境参数等信息，为后续的数据分析提供了基础数据。

通过本次采样工作，我们共获得了10个站位的海洋沉积物样品，这些样品将用于后续的主成分分析，以评价研究区域内重金属污染的来源。

海洋沉积物中重金属的来源分析与污染评估引言：海洋是地球上最大的生态系统之一，拥有着丰富的自然资源和生物多样性。

然而，随着工业化的快速发展和人类活动的增加，海洋环境也日渐受到重金属污染的威胁。

重金属是一类具有高毒性的有害物质，对生态系统和人类健康产生潜在的风险。

因此，准确分析海洋沉积物中重金属的来源，评估其污染程度，对于保护海洋环境具有重要意义。

一、重金属在海洋沉积物中的来源分析：1. 自然来源：（1）岩石风化：岩石中的矿物质在风化过程中释放出重金属元素，进入河流输送至海洋，沉积于海底形成沉积物。

（2）火山喷发：火山喷发释放出大量的气体和岩浆，其中包含着大量的重金属元素，随着气体和岩浆降落到海洋中，重金属沉积于海底沉积物中。

（3）地壳运动：地壳运动（如地震活动、板块运动）会使得地壳中富含的重金属元素进入海洋。

2. 人为来源：（1）工业排放：工业活动中产生的废水和废气中含有大量重金属元素，其中一部分通过河流和大气传输至海洋沉积物中。

（2）农业和畜牧业：农业和畜牧业使用的化肥和农药中含有重金属元素，通过农田和农产品的径流进入河流和海洋。

（3）城市污染：城市的废水和垃圾处理不当会导致重金属元素进入海洋环境。

（4）海洋交通：船只的废水和油污会污染海洋环境，其中也包括重金属元素的排放。

二、海洋沉积物中重金属的污染评估：1. 监测方法：（1）采样分析：通过在海洋沉积物中采集样本，并进行实验室分析，可以得到沉积物中重金属元素的含量和分布情况。

（2）遥感监测：利用卫星遥感技术，通过测量海洋表面的物理和光学特征，间接推断沉积物中重金属的存在与分布情况。

2. 评估标准：（1）国家标准：不同国家和地区制定了各自的海洋环境标准，对重金属元素的含量设有限制值和参考值，以评估海洋沉积物的污染程度。

（2）生态风险评估：通过研究重金属在海洋生态系统中的生物富集和生态效应，评估其对生态系统的风险影响。

3. 污染评估结果：（1）污染源定位：通过对重金属元素的分布和含量进行分析，可以确定主要的污染源，为制定污染治理策略提供依据。

曲宝晓，宋金明，袁华茂. 基于模糊综合评价的粤港澳大湾区海洋沉积物中重金属污染演变历史−以大亚湾为例[J]. 海洋学报，2020，42(10)：59–69，doi:10.3969/j.issn.0253−4193.2020.10.006Qu Baoxiao ，Song Jinming ，Yuan Huamao. Historical evolutions of metal contamination in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area: A risk assessment based on the fuzzy comprehensive assessment in the Daya Bay[J]. Haiyang Xuebao ，2020, 42(10)：59–69，doi:10.3969/j.issn.0253−4193.2020.10.006基于模糊综合评价的粤港澳大湾区海洋沉积物中重金属污染演变历史−以大亚湾为例曲宝晓1,2,3,4，宋金明1,2,3,4*，袁华茂1,2,3,4( 1. 中国科学院海洋研究所 海洋生态与环境科学重点实验室，山东 青岛 266071；2. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室，山东 青岛 266237；3. 中国科学院大学，北京 100049；4. 中国科学院海洋大科学研究中心，山东 青岛 266071)摘要：本研究测定了粤港澳大湾区典型海域—大亚湾沉积物中主要重金属元素的含量水平与污染状况。

利用我国海洋沉积物质量标准和模糊综合评价法，系统探讨了大亚湾海洋沉积物质量的历史演变过程，为我国大湾区可持续发展提供了科学理论支持。

结果表明，大亚湾海域的重金属污染状况在过去近百年经历了3个主要变化阶段：(1)20世纪80年代之前，大部分重金属含量较低，沉积物质量处于一类等级，与重金属污染相关的生态风险较小，对沉积物生态风险贡献最高的元素为Cr ，最低的为Cd ；(2)1980−2000年间，大亚湾沉积物中的重金属含量明显高于背景值，表明该阶段出现了较为严重的重金属污染，使近岸海域的沉积物质量等级处于二类与三类，但大亚湾外部海域沉积物受污染影响较小，仍处于一类等级，在此期间，Cu 取代Cr 成为最主要的污染元素；(3)2000年以后，沉积物重金属的污染水平显著降低，生态风险迅速下降，沉积物质量等级恢复到了一类水平，Cr 是这一阶段最主要的污染元素。

福建兴化湾中部表层海水及沉积物中重金属含量特征与生态风险评价王伟力;王继纲;林彩;刘洋;林辉【期刊名称】《应用海洋学学报》【年(卷),期】2016(035)002【摘要】Contents of Cu,Pb,Zn,Cd,Cr,Hg and As in the surface water and sediments of the central Xinghua Bay were analyzed.As result,the contents of Cu,Pb,Zn,Cd,Cr,Hg and As in seawater were accorded with the 1 st class of national Sea Water Quality Standard.Contents of Cu,Pb,Cd,Cr,Hg and As were accorded with 1 st class of the national Marine sedimentquality.Correlation analysis showed that heavy metals(Cu,Pb,Zn,Cd,Cr, Hg and As)showed different correlations with seasonal environments,where most heavy metals in the surface sedi-ments had similar sources.It showed that organic matter content influenced strongly the distribution of heavy metals in sediments.Principal component analysis showed that the ratio of 3 principal components were about 85 .76%. The heavy metals in sediments was mainly from the decomposition of organicmatter,sedimentary environment and industrial sewage and they contributed 59.48%,15.30%and 10.98%of the totalvariance,respectively.Potential ecological risk of heavymetals(Cu,Pb,Zn,Cd,Cr,Hg and As)belonged to low ecological risk as results.%分析研究了兴化湾中部表层海水Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As的含量发现，表层海水中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As含量均符合海水水质一类标准，对表层沉积物中Cu、Pb、Hg、Cr、Cd、As等6种重金属含量分析表明，6种重金属含量均符合海洋沉积物质量一类标准．表层海水中重金属与环境因子相关性分析表明，6种重金属与环境的相关性在不同季节中存在差异；而表层沉积物中重金属与环境因子的分析表明，重金属具有相近的来源，有机质对沉积物中重金属的含量分布具有重要影响．主成分分析结果表明，兴化湾中部表层沉积物7种重金属主要来源为有机质的降解、沉积环境本身及工业排污的影响，其贡献率分别为59．48％、15．30％、10．98％，3个主成分的贡献率合计达到85.76％．潜在生态危害指数法评价结果表明，Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As均属轻微生态危害．【总页数】10页(P284-293)【作者】王伟力;王继纲;林彩;刘洋;林辉【作者单位】国家海洋局第三海洋研究所，福建厦门361005;国家海洋局第三海洋研究所，福建厦门361005;国家海洋局第三海洋研究所，福建厦门361005;国家海洋局第三海洋研究所，福建厦门361005;国家海洋局第三海洋研究所，福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】P734【相关文献】1.福建兴化湾中部表层海水及沉积物中重金属含量特征与生态风险评价 [J], 王伟力;王继纲;林彩;刘洋;林辉;2.兴化湾表层海水和沉积物中重金属含量的时空变化特征 [J], 蔡榕硕;白娅舒3.福建省安海湾、围头湾海域表层沉积物重金属含量分布特征及潜在生态风险评价[J], 熊慧;杨丽虹;邓永智4.福建省安海湾、围头湾海域表层沉积物重金属含量分布特征及潜在生态风险评价[J], 熊慧;杨丽虹;邓永智;5.福建省兴化湾表层沉积物中重金属污染与评价 [J], 李军;张原;龚香宜;姚慧丽;王向琴;李杰;祁士华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

广东典型海湾沉积物与海产品中重金属污染水平及风险评估的开题报告一、研究背景及意义随着工业化和城市化的快速发展，人类对海洋生态系统的影响日益显著，其中之一就是海洋重金属污染。

广东作为中国南海开发的前沿地区之一，其海湾环境受到了不同程度的重金属污染。

海湾沉积物和海产品是重金属污染最主要的传播途径和食物链的终端，对重金属污染的监测和评估具有重要意义。

本研究旨在对广东典型海湾沉积物和海产品中的重金属污染水平进行调查，评估其对环境和人类健康的潜在风险，为海洋生态环境保护提供科学依据。

二、研究内容1. 研究区域的选择在广东省内选择几个典型海湾作为研究区域，包括但不限于珠三角地区的深圳湾、汕头湾和珠江口等地。

2. 沉积物和海产品的采集根据研究区域和不同的深度、水域类型，采集不同数量的沉积物和海产品样品。

3. 重金属污染水平的检测采用常规的重金属污染检测方法，通过分析沉积物和海产品中的重金属元素含量，如铜、铅、镉、锌、汞等，评估不同区域的重金属污染状况。

4. 风险评估综合考虑重金属污染的潜在危害和环境背景值，评估沉积物和海产品中重金属的安全性，提供科学决策基础。

三、预期成果通过调查广东典型海湾沉积物和海产品中的重金属污染情况，本研究将获得以下预期成果：1. 了解不同海湾水域重金属污染程度和环境背景值。

2. 评估沉积物和海产品中不同重金属元素的平均浓度及其分布特征。

3. 评估不同海湾沉积物和海产品中重金属的潜在危害和环境风险。

4. 为海洋生态保护、环境监测、决策制定等方面提供科学依据。

四、研究方法1. 现场采样：现场采集沉积物和海产品样品。

2. 样品处理：对采集回来的样品进行初步洗涤、质量筛选、加工，并进行必要的处理与保存。

3. 重金属测定：使用化学分析或仪器分析的方法对样品中的重金属进行检测，包括铅、铜、锌、镉、汞等。

4. 数据处理：对样品检测结果进行数据归纳、处理，采用统计学方法进行分析和细化，得出最终结果进行结论。