东海岛潮间带表层沉积物重金属含量、形态分布及其潜在生态风险评价

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潮间带是一类典型的环境脆弱带和敏感带,其生态系统十分脆弱、极易遭受人类活动的破坏。自20世纪90年代成立东海岛开发试验区以来,东海岛近岸海域的开发力度不断增大,特别是潮间带资源的开发、滨海旅游业的兴起等人类活动已使东海岛海岸带空间资源、滩涂资源、生物资源等生态环境要素遭受了较大的破坏。本文以东海岛潮间带为研究对象,于2011年7月到2012年4月对东海岛潮间带的沉积环境特征进行调查和分析,获得了表层沉积物中重金属含量和赋存形态以及同步提取重金属的时空变化规律,并通过不同的方法对东海岛潮间带表层沉积物中重金属的污染来源、污染水平、生物毒性和存在的潜在生态危害进行了综合评价,以期为海洋管理部门对东海岛的产业合理布局、可持续开发与利用及其生态保护提供科学的决策支持。本研究的主要成果如下:(1)东海岛潮间带的底质类型主要有3种,分别为泥质、泥沙质、沙质,其中湛江湾区和雷州湾区为泥沙质,粒径在30μm~230μm,龙海天区为沙质,粒径在170μm~190μm,通明海区为泥质,粒径在8μm~10μm。沿岸除通明海、雷州湾潮间带区域分布有零星的红树林外,其余部分均为光滩。(2)东海岛表层沉积物的pH在6.57~8.76之间,年均为7.63,表层沉积环境整体处于中性-弱碱性环境中。表层沉积物中总有机碳整体含量低,年均为0.50%,呈现低有机碳的沉积环境,可挥发性硫化物的年均含量为64.2×10-6,总有机碳和硫化物含量均在国家一类海洋沉积物质量标准限值(TOC≤2%,硫化物≤300mg/kg)以内。表层沉积物的Fe3+/Fe2+比值年均为2.39,Eh值年均为40.9mV,表明东海岛潮间带表层沉积环境在退潮后大部分时间处于弱氧化性状态。表层沉积环境中环境因子(温度、pH、TOC、AVS、Eh、Fe3+/Fe2+比值)均存在不同程度的地域差异和季节差异。(3)东海岛潮间带表层沉积物中重金属的周年平均含量顺序为Zn> Cr> Pb> Cu>Cd,其中Cu的年均值为7.54μg/g,Zn为35.73μg/g,Cd为0.06μg/g,Pb为23.25μg/g、Cr为26.72μg/g;东海岛潮间带表层沉积物中5种重金属含量从东海岛西北部两侧(湛江湾区和通明海区)往东部(龙海天区)降低的趋势。东海岛表层沉积物中重金属元素含量在不同季节亦存在显著的差异(p <0.05),表现为夏季各重金属含量高,秋或春季各重金属的含量低。(4)东海岛潮间带表层沉积物同步浸提5种重金属SEM5(Cu、Zn、Cd、Pb、Cr)的含量:冬季在0.200μmol/g~0.964μmol/g,平均为0.491μmol/g;春季在0.397μmol/g~5.246μmol/g,平均为1.776μmol/g;春季SEM5含量是冬季的3.62倍。(5)东海岛潮间带表层沉积物中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr均以残渣态为主,水溶态最低。在总可利用态(总量中除去残渣态的部分)中,Cu、Pb均以Fe-Mn氧化物结合态为主,有机物及硫化物结合态和可交换态及碳酸盐结合态次之;Zn以Fe-Mn氧化物结合态和可交换态及碳酸盐结合态为主,有机物及硫化物结合态次之;Cr则以有机物及硫化物结合态和Fe-Mn氧化物结合态为主,可交换态及碳酸盐结合态次之;Cd以可交换态及碳酸盐结合态为主,Fe-Mn氧化物结合态和有机物及硫化物结合态次之。东海岛潮间带表层沉积物中重金属的潜在迁移能力顺序为Cu> Zn> Cd> Pb> Cr。(6)东海岛潮间带表层沉积物中5种重金属总可利用态含量顺序为Zn(4.647μg/g)> Pb(1.899μg/g)> Cr(1.141μg/g)> Cu(1.087μg/g)> Cd(0.006μg/g)。东海岛潮间带表层沉积物中总可利用态重金属的含量从东海岛西北部两侧(湛江湾区和通明海区)往东部(龙海天区)逐渐降低。随着夏、秋、冬、春季节的变化Cu、Zn有向更不稳定状态迁移的趋势,Cd、Pb既有向不稳定状态迁移的趋势又有再向稳定状态转化的趋势,Cr的迁移转化趋势不明显。(7)以不同的方法(单因子污染评价法、Hakanson潜在生态风险性指数法、沉积物质量基准法、AVS-SEM差值法、次生相与原生相比值法、次生相富集系数法)对东海带潮间带表层沉积物在不同体系获得的实验结果进行评价,结果表明:东海岛潮间带表层沉积物重金属的潜在生态危害非常小,其中东海岛位于湛江湾内和通明海区潮间带的表层沉积物已受到了人为来源的Pb的轻微污染,通明海区潮间带沉积物中重金属对生物体存在潜在的生物毒性。
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