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渤海沉积物重金属环境质量评价及其影响因素
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摘要：1 引言 渤海是我国唯一的内海，同时也是环渤海经济区的重要组成部分，由辽东湾、渤海湾、莱州湾、渤海中央盆地和渤海海峡等5个部分组成[1]。黄河、海河、辽河、滦河等大中型河流
1 引言
渤海是我国唯一的内海，同时也是环渤海经济区的重要组成部分，由辽东湾、渤海湾、莱州湾、渤海中央盆地和渤海海峡等5个部分组成[1]。黄河、海河、辽河、滦河等大中型河流入海[1-2]，发育有辽东浅滩[3]、渤海泥质区[4]等独特的沉积现象，是我国东部陆架源-汇体系的重要组成部分[5]。
此外，渤海也是我国进行沉积物环境地球化学研究最早的海域[6]，受发展历史影响，辽东湾、渤海湾已经成为我国重金属污染最为严峻的区域之一[7-8]。自20世纪80年代开始，已经有诸多针对重金属环境质量评价的工作在渤海尤其是辽东湾、渤海湾海岸带地区展开[9-10]。基于表层沉积物与210Pb年代学基础的柱状样中沉积物的重金属元素研究表明，黄河三角洲及莱州湾地区为高速沉积区，辽东湾沉积速率较低[9-10]。辽东湾特别是锦州湾是渤海重金属污染最为严重的地区[8]，天津海岸带地区污染形势亦较为严峻[7]，产生危害的重金属主要为Cd和Hg[7]。针对渤海湾、辽东湾、莱州湾等重点海湾的研究，也进行了沉积物中重金属分布特征、污染程度、污染物来源等方面的分析[7，11-12]。海岸带、河口等地区的研究表明，表层沉积物中重金属污染很大程度上来源于人类活动[7-8]。
尽管对渤海地区沉积物中重金属元素特征已经开展了长期的详尽研究，但研究区主要以河口和海岸带地区为主，局限于单个海湾，缺少整个渤海的详细定量研究[7，11-12]。因此，本文对整个渤海沉积物进行研究，分析了 8种重金属元素（Cd、Hg、Cr、Pb、Ni、Zn、As、Cu）的含量与分布，计算了海洋沉积物的主要环境质量评价指标（重金属潜在生态风险、地累积指数、富集因子、一致性沉积物质量基准），对渤海沉积物环境质量进行了定量评价，并分析了影响重金属元素分布的主要因素，冀望为渤海地区的环境保护与开发利用提供科学参考。
2 材料与方法
2.1 样品采集
表层沉积物样品采集工作于2007年8月由科研考察船“勘407”完成，采样站位分布见图1（采样站位大部分集中在渤海海域，少部分分布于渤海海峡东部的黄海海域）。使用箱式取样器采集样品，用塑料勺小心取其中央未受干扰的表层沉积物样品（0～2 cm），并密封保存于聚乙烯样品袋中，-20℃条件下保存。样品经冷冻干燥后用玛瑙研钵研磨，过200目筛，充分混合均匀后保存样品袋中，放入干燥器待测。
2.2 样品测试
沉积物粒度、元素、分析均在自然资源部海洋沉积与环境地质重点实验室完成，具体测试过程如下：
取表层沉积物适量进行粒度测试（约2 g），用30%的H2O2去除有机质，再用5 mL质量分数为10%的HCl溶液去除碳酸盐后用蒸馏水洗盐，经超声波分散后用Mastersizer 2000型激光粒度仪（英国马尔文公司）进行测定。利用Folk-Ward公式[13]计算每个样品的平均粒径（Mz）值。挑选10%的样品进行了重复性粒径分析，测试结果相对偏差小于5%。
称取0.05 g烘干的沉积物粉末样品，在密闭的10 mL Telfon罐中依次加入1.5 mL高纯HF溶液和1.5 mL的高纯HNO3溶液，放入烘箱190℃消解48 h后蒸干，去除HF后用2%HNO3溶液定容至50 g，待测。采用 ICP-OES（iCap 6300 型，美国 Thermo Fisher Scientific Inc.生产）测定主量元素（Al、Fe）含量，利用 ICPMS（X series Ⅱ型，美国 Thermo Fisher Scientific Inc.生产）测定 Cu、Zn、Pb、Ni、Cd含量。实验样品按照样品数的10%比例插入标准物质（GBW07309、GBW07313、GBW07314、GBW07316）进行质控，所有分析项目在分析过程中均设置空白组与重复组。标准物质各元素的回收率均大于95%，表明测试结果准确可靠。
As和Hg的测定过程如下：称取0.25 g样品于25 mL PFA管型瓶管中，准确加入新配制的1∶1王水10 mL，再置于95℃水浴中加热1 h以上。取下冷却至室温，加Milli-Q水定容至25 mL，静置过夜。分取上清液2 mL于 15 mL 离心管中，加入 2 mL 5% 硫脲-抗坏血酸溶液，6 mL 30%HCl溶液定容至 10 mL，预还原 30 min后，上机测定As。另取8 mL上清原液上机测定Hg。
图1 渤海底质沉积物采样站位Fig.1 Map of sampling stations of surface sediments in the Bohai Sea
2.3 分析与评价
2.3.1 重金属潜在生态风险评价
重金属潜在生态风险评价具有简洁、快速、标准化的特点[14]，广泛应用于沉积物重金属环境质量评价中，计算公式如下[15]：
式中，、、分别为第i种重金属的污染系数、毒性系数和潜在生态危害系数；为沉积物重金属质量分数实测值；为参考值，本次研究采用20世纪90年代前中国陆架海洋沉积物中重金属丰度值，Cr、Cu、Zn、Ni、As、Cd、Pb、Hg的评价参考值分别为61 μg/g、15 μg/g、65 μg/g、24 μg/g、7.7 μg/g、0.065 μg/g、20 μg/g、0.025 μg/g（下同）[16]；RI为多种重金属潜在危害指数。
文章来源：《环渤海经济瞭望》 网址: http://www.hbhjjw.cn/qikandaodu/2021/0412/818.html