霍素霞， 邢聰聰， 朱超祁， 張 紅， 程 升， 姜 君， 單紅仙??

(1. 國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 海洋溢油鑒別與損害評(píng)估技術(shù)國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266033；2. 山東省海洋環(huán)境地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國海洋大學(xué)，山東 青島 266100；3. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室 海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061)

渤海沉積物重金屬含量時(shí)間演化特征及影響因素研究?

霍素霞1,2， 邢聰聰1,2， 朱超祁2,3， 張 紅2， 程 升2， 姜 君2， 單紅仙2,3??

(1. 國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 海洋溢油鑒別與損害評(píng)估技術(shù)國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266033；2. 山東省海洋環(huán)境地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國海洋大學(xué)，山東 青島 266100；3. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室 海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061)

近海沉積物重金屬污染可導(dǎo)致一系列環(huán)境災(zāi)難，沉積物重金屬污染問題也逐步成為海洋環(huán)境研究的熱點(diǎn)之一。本文利用國家海洋局北海分局1978—2009年渤海污染監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)鉛(Pb)、鉻(Cr)、銅(Cu)、砷(As)、鎘(Cd)、汞(Hg)等重金屬的時(shí)間演化特征進(jìn)行了分析。并進(jìn)一步分析了入海河流重金屬排放年均濃度、環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)渤海沉積物重金屬含量的影響與控制作用。結(jié)果表明：渤海沉積物各種重金屬含量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)基本一致，大致分為四個(gè)階段。入海河流的重金屬排放量是沉積物中重金屬積累的重要來源，并且其在沉積物中的積累有一定的時(shí)間遲滯。GDP在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展初期與特定重金屬排放量之間呈現(xiàn)一定的正相關(guān)關(guān)系。

沉積物；重金屬；渤海；時(shí)間演化特征；影響因素

重金屬污染具有來源范圍廣、殘毒時(shí)間長、易于蓄積、難以降解、易于沿食物鏈轉(zhuǎn)移和富集等特征。海洋重金屬污染會(huì)直接或間接地作用于生物體遺傳物質(zhì)，由此會(huì)帶來海洋生物的變異，降低生物資源利用的價(jià)值，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成巨大的威脅，從而使生物物種和群落發(fā)生改變，對(duì)生物多樣性帶來不利的影響[1-2]。1950年代以來，日本發(fā)生汞、鎘污染引起的水俁病和骨痛病等一系列重金屬污染事件后，重金屬污染對(duì)近海生態(tài)環(huán)境的影響開始引起人們的重視[3]。

海洋沉積物是河流等將地球表面的物質(zhì)輸運(yùn)至海洋而形成的，是多種地殼物質(zhì)進(jìn)入海洋的最終歸宿[3-4]。不同來源的重金屬匯集在沉積物中，其內(nèi)包含的重金屬單位含量通常高于上覆水體3～5個(gè)數(shù)量級(jí)。上覆水水質(zhì)沒有明顯變化，而沉積物重金屬有可能已達(dá)到污染較為嚴(yán)重的程度[5]。

已有研究表明，地球表面上經(jīng)河流向海洋輸送的沉積物每年可達(dá)1.55×1013kg[6]。近海沉積物重金屬在時(shí)間變化上可以通過研究不同時(shí)期的沉積物來獲取有關(guān)信息。Hornberger等[7]對(duì)舊金山灣不同時(shí)期的沉積物進(jìn)行了相關(guān)研究后得出，不同時(shí)期舊金山灣沉積物中各種重金屬的含量都有明顯的差別，這與當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r密切相關(guān)。Palanques[8]對(duì)Besos河前三角洲沉積物中重金屬的含量作了相關(guān)研究，結(jié)果表明近十年Besos河前三角洲沉積物中重金屬含量的增加與工業(yè)化的發(fā)展、人口和能源消費(fèi)的增長有關(guān)。國內(nèi)部分學(xué)者也對(duì)海域沉積物重金屬時(shí)間演變特征進(jìn)行了研究。賀志鵬[9]研究了南黃海區(qū)域表層沉積物重金屬的含量隨歷史年代的垂直變化規(guī)律。柳林[10]等對(duì)灘涂沉積物重金屬含量的季節(jié)性變化進(jìn)行了相關(guān)研究。另外，Rees[11]等的已有研究表明，潮汐、海流等水動(dòng)力因素也會(huì)影響海洋重金屬的分布。

無論是海區(qū)與河口環(huán)境，渤海海域存在著不同程度的重金屬污染。關(guān)于渤海重金屬污染的時(shí)間變化趨勢(shì)的調(diào)查大多局限于某個(gè)典型的海灣或河口[12-13]，對(duì)渤海整體海域的調(diào)查較少，針對(duì)渤海地區(qū)較長歷史時(shí)期的來自多區(qū)域沉積物重金屬變化規(guī)律與趨勢(shì)的研究尤其更少。雖然已有文獻(xiàn)研究了海域重金屬含量的一些影響因素，但是從較長歷史時(shí)期探究海域重金屬含量隨時(shí)間變化的影響因素的研究較少。本文利用國家海洋局北海分局1978—2009年渤海污染監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，旨在闡明近30年渤海海底表層沉積物重金屬污染時(shí)間演化特征及其影響因素。

1 材料與方法

本文運(yùn)用的數(shù)據(jù)來源于國家海洋局北海分局1978—2009年渤海污染監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，主要分析的重金屬有鉛(Pb)、銅(Cu)、砷(As)、鎘(Cd)、汞(Hg)等。沉積物取樣各個(gè)年份的站位如圖1所示，采集時(shí)間為各采集年度的8月份，共計(jì)378個(gè)站位數(shù)。其中，1978年站位數(shù)63個(gè)，1983年站位數(shù)15個(gè)，1994年站位數(shù)5個(gè)，1996年站位數(shù)7個(gè)，1998年站位數(shù)29個(gè)，2000年站位數(shù)36個(gè)，2001年站位數(shù)38個(gè)，2003年站位數(shù)17個(gè)，2005、2007和2009年站位數(shù)各56個(gè)。采集樣品的儀器為0.1m2開口面積的蚌式采泥器，具體方法是用塑料勺取頂部0～5cm表層沉積物，將樣品裝入聚乙烯袋中進(jìn)行低溫保存?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查按照《海洋調(diào)查規(guī)范》和《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

圖1 渤海1978—2009年沉積物監(jiān)測(cè)站位圖Fig.1 Monitoring station in Bohai from 1978 to 2009

在重金屬樣品的制備與測(cè)定上，主要按照樣品解凍-烘干-研磨-過160目尼龍篩-四分法縮分取樣-酸解-離心-分離上清液-測(cè)試這幾個(gè)步驟。具體來說，先將聚乙烯袋中低溫保存的海水表層沉積物樣品進(jìn)行解凍，將沉積物樣品烘干后進(jìn)一步研磨，用160目尼龍篩篩選出粉末沉積物樣品，經(jīng)過四分法縮分取樣后，將重金屬樣本溶解于硝酸溶液中制成重金屬的標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液，進(jìn)一步將標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液經(jīng)硝酸溶液稀釋，依次將重金屬的標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液制成重金屬標(biāo)準(zhǔn)中間溶液和重金屬標(biāo)準(zhǔn)使用溶液。重金屬與吡咯烷二硫代氨基甲酸銨和二乙氨基二硫代甲酸鈉混合液螯合，經(jīng)甲基異丁酮-環(huán)已烷混合液萃取分離后，在各自的特征波長下用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定其吸收值，由無火焰原子吸收分光光度計(jì)直接計(jì)算出樣品中重金屬元素的含量。各種金屬具體測(cè)試方法如表1所示。

2 渤海表層沉積物重金屬時(shí)間演化特征

在分析渤海表層沉積物重金屬含量的時(shí)間變化特征時(shí)，為了能較為直觀地展示時(shí)間變化特征，本文將1978—2009年渤海表層沉積物中的Hg、Cu、Pb、Cd、As這五種的重金屬的含量進(jìn)行了均值化的標(biāo)準(zhǔn)化處理。五種重金屬年均含量的變化趨勢(shì)如圖2所示。

表1 沉積物重金屬項(xiàng)目的分析方法Table 1 Analysis methods of heavy metals in sediment

(單位：Hg，10-9 (0.001μg/g) ；Cu、Pb、Cd、As，10-6 (μg/g))圖2 1978—2009年渤海表層沉積物重金屬年均含量變化圖Fig.2 Contents of heavy metals in Bohai from 1978 to 2009

圖2顯示了渤海表層沉積物中Hg、Cu、Pb、Cd、As這五種的重金屬的時(shí)間變化趨勢(shì)，為了能把握每種重金屬的時(shí)間變化特征，本文接下來對(duì)五種重金屬含量的時(shí)間變化趨勢(shì)分別進(jìn)行了分析和闡釋。

2.1 Hg年均含量變化規(guī)律

由圖2可見，Hg的年均含量時(shí)間變化波動(dòng)在五種重金屬中是最大的，Hg的年均含量的時(shí)間變化趨勢(shì)大致分為四個(gè)階段：第一個(gè)階段為1978年，該年份Hg的平均含量最高，一度達(dá)到了0.4 μg/g，量值范圍為1×10-3～4.980 μg/g；第二階段為20世紀(jì)70年代末至20世紀(jì)90年代初，Hg的含量出現(xiàn)了持續(xù)下降的變動(dòng)趨勢(shì)，含量范圍保持在0.02～0.035μg之間；第三階段為20世紀(jì)90年代后期至21世紀(jì)初，Hg的含量又一次出現(xiàn)了升高的趨勢(shì)，達(dá)到了0.136～0.223 μg/g；第四階段為自2002年至今，Hg的含量繼而出現(xiàn)了降低的趨勢(shì)，年均含量波動(dòng)范圍在0.020～0.038 μg/g之間。從四個(gè)階段的變化趨勢(shì)來看， 渤海表層沉積物中Hg含量的變化并沒有出現(xiàn)趨勢(shì)一致走高或者走低的變化規(guī)律，且Hg含量的變化具有非連續(xù)性。Hg含量的時(shí)間變呈現(xiàn)出高(20世紀(jì)70年代)-低(20世紀(jì)90年代初)-高(20世紀(jì)90年代末)-低(21世紀(jì)以后)的變化趨勢(shì)，兩個(gè)高含量階段和兩個(gè)低含量階段之間缺少中間過渡階段，這與不同階段渤海污染物的排放和針對(duì)渤海污染物的處理密切相關(guān)。20世紀(jì)70年代和20世紀(jì)90年代末，由于針對(duì)排放污水中Hg的處理要求較低和處理能力不足，污水中的Hg較為輕易地大量入海并逐漸在沉積物中積累，由此造成了兩個(gè)時(shí)間段中Hg的含量較高；而在20世紀(jì)90年代初以及進(jìn)入21世紀(jì)以來，對(duì)污水中Hg的排放要求嚴(yán)格，且污水處理能力提高，Hg的排放量得到控制，由此造成了這兩個(gè)時(shí)間段中積累到渤海表層沉積物的Hg的含量較低。

2.2 Cu年均含量變化規(guī)律

相對(duì)于Hg的年均含量時(shí)間變化波動(dòng)較大，渤海表層沉積物中Cu的年均含量時(shí)間變化波動(dòng)趨勢(shì)較為平緩：1978—2000年代初，渤海沉積物中Cu的含量相對(duì)較高，在1994年，Cu的含量降低到了11.30 μg/g，量值范圍為6.77 ～16.36 μg/g。20世紀(jì)90年代末—21世紀(jì)初，Cu的含量再次升高，最高值在2003年一度達(dá)到了25.60 μg/g，量值范圍為4.24～46.30 μg/g；2003年以后，Cu的含量略有降低，但在2004年之后再次升高。但總體來看，渤海表層沉積物中Cu的年均含量隨時(shí)間波動(dòng)的趨勢(shì)較為平緩，波動(dòng)的幅度也較小。

2.3 Pb年均含量變化規(guī)律

Pb的年均含量隨時(shí)間的變化經(jīng)歷了從低到高的過程，具體來看：在1978年，Pb的年均含量較低，為8.95 μg/g，量值范圍為0.03～100.00 μg/g。然而1978以后，除了個(gè)別年份有所下降，Pb的年均含量持續(xù)走高，整體水平居高不下，Pb的年均含量在2002年最高，一度達(dá)到了20.87 μg/g，量值范圍為10.07～110.74 μg/g。Pb含量的高低與人類活動(dòng)的強(qiáng)弱密切相關(guān)， 20世紀(jì)70年代，人類活動(dòng)對(duì)渤海區(qū)域的環(huán)境影響較小，所以該階段Pb的含量較低；然而1980年代以來，環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)了強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢(shì)，伴隨著人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的增加，排放進(jìn)入渤海的Pb也有所增加，由此造成了1980年代以后渤海沉積物中Pb年均含量的提升。

2.4 As年均含量變化規(guī)律

從本文數(shù)據(jù)的可得性得出的結(jié)果顯示，與Pb的年均含量的時(shí)間變化趨勢(shì)相反，As的年均含量隨時(shí)間的變化經(jīng)歷了從高到低的過程。具體來看，從1990年代末至今，Pb的年均含量呈現(xiàn)出逐漸降低的時(shí)間變化趨勢(shì)。Pb年均含量的最高值出現(xiàn)在1998年，含量達(dá)到了12.67 μg/g，量值范圍為2.71～29.8 μg/g，自此之后，除了2003年，As的年均含量逐年降低，到2009年，As的年均含量達(dá)到最低值7.45 μg/g，量值范圍為0.15～12.10 μg/g。Pb含量的降低與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高以及由此帶來的對(duì)As污染物處理的能力增強(qiáng)密切相關(guān)。

2.5 Cd年均含量變化規(guī)律

在本文分析的五種重金屬中，渤海表層沉積物中Cd的年均含量最低，從整個(gè)時(shí)間變化過程來看，Cd年均含量的最高值出現(xiàn)在1998年，年均含量為0.78 μg/g，量值范圍為0.02～12.77 μg/g；Cd年均含量的次高值出現(xiàn)在1978年，年均含量為0.66 μg/g，量值范圍為0.01～3.27 μg/g；在其他年份上，Cd的年均含量相對(duì)較低，在1994年最低，Cd的年均含量為0.08 μg/g，量值范圍為0.02～0.12 μg/g。綜合來看，渤海表層沉積物中Cd的含量相對(duì)較低，渤海重金屬污染物中Cd含量較少。

3 重金屬時(shí)間演化特征的影響因素

渤海表層沉積物中重金屬含量隨時(shí)間變化所表現(xiàn)出來的特征，是諸多自然因素和人為因素共同作用的結(jié)果。根據(jù)影響相關(guān)性的大小，本文分析入海河流排放和環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)增長這兩個(gè)因素對(duì)重金屬時(shí)間演化特征的影響。

3.1 重金屬含量與入海河流排放關(guān)系

在分析入海河流排放與重金屬含量的關(guān)系時(shí)，本文將黃河入?？谧鳛榈湫偷难芯繀^(qū)域，研究河流排放濃度與沉積物重金屬含量的相關(guān)關(guān)系，如圖3所示。利用黃河水資源公報(bào)、中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)等相關(guān)文獻(xiàn)[14]中2000—2009年黃河口河流排放重金屬年均濃度的數(shù)據(jù)與在此時(shí)間序列內(nèi)黃河口外沉積物重金屬含量關(guān)系進(jìn)行對(duì)比研究。

折線表示河流重金屬濃度，柱狀圖表示沉積物重金屬含量圖3 入海河流重金屬排放年均濃度與沉積物重金屬含量變化圖Fig.3 Concentrations of heavy metals in river and contents of heavy metals in sediments

如圖3a，2000—2009年Hg的排放年均濃度變化范圍為0.047～0.514 μg/L，其中，排放年均濃度的最高值出現(xiàn)在2003年，最低值出現(xiàn)在2007年；整體變化趨勢(shì)為先降后升。與重金屬排放年均濃度變化的趨勢(shì)相似，黃河入?？诒韺映练e物中Hg的含量也呈現(xiàn)出了先降后升的趨勢(shì)，量值范圍為0.014～0.036 μg/g，Hg含量的最高值出現(xiàn)在2009年，最低值出現(xiàn)在2003年。具體來看，Hg的排放年均濃度在2000年達(dá)到最高值之后，在2003年繼而出現(xiàn)了次高值；Hg的排放年均濃度在2007年出現(xiàn)最低值后開始上升。從時(shí)間維度Hg的排放年均濃度和含量的關(guān)系來看，黃河入?？诔练e物中Hg的含量變化總是滯后于其排放濃度的變化，滯后的時(shí)間約在1～2年。圖3b～3e中顯示的黃河入海口沉積物中Cu、Cd、Pb、As排放年均濃度和含量也呈現(xiàn)出了類似的關(guān)系，在重金屬排放濃度出現(xiàn)變化的滯后一段時(shí)間里重金屬的含量才發(fā)生相應(yīng)地改變。

在重金屬由從河流排放進(jìn)去入海洋的過程中，河海咸水與淡水混合劇烈，混合后水體化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生劇烈的變化，鹽度和常量離子濃度等都會(huì)產(chǎn)生劇烈的變化。黃河作為高懸沙河流[15]，重金屬易于吸附到水中的懸浮物上，使重金屬沉積轉(zhuǎn)入固相[16]。在黃河豐水期，河水中重金屬受到懸浮物含量和鹽度的影響，重金屬的再懸浮受到過大的流速的影響向水體釋放；在黃河枯水期，河水水量減小，水中的重金屬在混合區(qū)隨懸浮顆粒物進(jìn)入到沉積物之中[17]。因此河流重金屬入海的排放受諸多因素的影響，重金屬最終積累到沉積物需要一定的時(shí)間，而這一時(shí)間過程則可能成為黃河入?？诔练e物中重金屬含量的變化滯后于河流中重金屬排放濃度變化的原因。

為了驗(yàn)證這種可能性的存在，本文對(duì)2000—2009年各年度重金屬河流排放濃度與其滯后一年的重金屬含量的相關(guān)性進(jìn)行了檢驗(yàn)。重金屬河流排放濃度與滯后一年的沉積物中重金屬含量的線性相關(guān)關(guān)系如表2所示。表2顯示，除了Cu之外，其他四種重金屬元素的河流排放濃度與滯后一年的沉積物重金屬含量之間具有很強(qiáng)的線性相關(guān)性， Hg、Cd、Pb、As線性相關(guān)性系數(shù)分別為0.99，0.75，0.96，0.98；而Cu的相關(guān)性稍弱，其線性相關(guān)系數(shù)為0.26。重金屬河流排放濃度與當(dāng)年沉積物中重金屬元素含量的相關(guān)關(guān)系如表3所示。表3的結(jié)果顯示，五種重金屬的河流排放濃度與當(dāng)年沉積物中重金屬元素含量的相關(guān)性比表2中所呈現(xiàn)的相關(guān)性要小，且Cu、Pb的排放濃度與對(duì)應(yīng)年份沉積物重金屬的含量幾乎沒有相關(guān)關(guān)系，Hg、Cd、As的相關(guān)性也達(dá)到了0.83，0.79，0.96，但是弱于表2呈現(xiàn)出的相關(guān)性。綜合以上分析可以看出，重金屬Pb在沉積物中的含量很可能主要受到前一年河流排放濃度的影響；Cu含量的因素可能更加多元化，但受前一年河流排放濃度的影響也較大。而重金屬Hg、Cd、As的含量受當(dāng)年和前一年河流排放濃度的影響差別不大，但這三種重金屬的河流排放濃度對(duì)沉積物中重金屬的含量確實(shí)存在著影響。總之，重金屬元素在河流入海的過程進(jìn)入到沉積物中，并隨著時(shí)間的推移得以埋藏蓄積。重金屬的河流排放濃度對(duì)重金屬含量的影響可能存在滯后效應(yīng)，但無論如何，重金屬的河流排放濃度對(duì)沉積物中重金屬的含量存在確定的影響。

表2 入海河流重金屬濃度與滯后年份的重金屬含量相關(guān)系數(shù)表Table 2 Lists of linear correlation coefficients

表3 入海河流重金屬濃度與同年重金屬含量相關(guān)系數(shù)表Table 3 Lists of linear correlation coefficients

3.2 重金屬含量與環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系

在這一節(jié)中，本文將運(yùn)用山東省年均國民生產(chǎn)總值(GDP)、黃河入海排放的重金屬年均總量以及沉積物重金屬含量變化的數(shù)據(jù)，探究重金屬含量與經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系。

通過分析山東省年均國民生產(chǎn)總值(GDP)、黃河入海排放重金屬的年均總量與沉積物重金屬含量變化數(shù)據(jù)，探究重金屬含量與經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系。

圖4顯示，山東省人均國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值在2003—2009年這六年間逐漸提高，從2003年的12 435.9億元攀升至2009年的25 965.9億元，人均國民生產(chǎn)總值翻了一番。另一方面，重金屬排海年均總量呈現(xiàn)出先增后減的趨勢(shì)：2003—2009年中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)統(tǒng)計(jì)信息顯示，河流入海排放重金屬的年均總量從2000年的260 t上升到2006年的1 251 t；2006年以后，河流入海排放重金屬的年均總量開始呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，在2009年一度降到了731 t。這說明經(jīng)濟(jì)發(fā)展可能會(huì)帶來入海排污總量的增加，但由于政府對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，政府與企事業(yè)單位環(huán)保投入的增加以及對(duì)環(huán)渤海排海污染物總量控制政策的貫徹實(shí)施，帶來了2006年之后經(jīng)濟(jì)總量增加的同時(shí)重金屬排放量的下降。對(duì)圖4進(jìn)行進(jìn)一步分析可以看出，隨著經(jīng)濟(jì)總量的增加，除Cu外，沉積物中重金屬的含量在21世紀(jì)初期達(dá)到最大值，在此之后，沉積物中重金屬的含量開始下降，即沉積物中重金屬污染狀況出現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)的跡象。雖然經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的同時(shí)，重金屬污染物排海總量卻出現(xiàn)了削減，但根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，完全排除河流沿岸城市圈經(jīng)濟(jì)發(fā)展所造成的污染對(duì)重金屬排?？偭康挠绊懯遣豢赡艿?。

(沉積物重金屬含量單位：μg/g；河流重金屬排放單位：百噸；GDP單位：千億元。Contents of heavy metals:μg/g；Concentrations of heavy metal in river:100 tons；GDP:100 billion Yuan.)

圖4 沉積物重金屬含量、河流重金屬排放總量與國民生產(chǎn)總值
Fig.4 Contents of heavy metals in sediments, concentrations of heavy metals in river and GDP

在對(duì)入海河流重金屬濃度對(duì)重金屬含量的影響進(jìn)行分析后，本文得出重金屬排放對(duì)沉積物中重金屬含量的影響存在滯后性。因此，探究經(jīng)濟(jì)增長對(duì)重金屬含量的影響時(shí)，本文對(duì)人均GDP、排海重金屬總量與相應(yīng)滯后年份的重金屬含量進(jìn)行相關(guān)性分析。表4顯示，沉積物中重金屬Hg、Cd、Pb、As的含量與重金屬入海排放總量有著較為顯著相關(guān)性，線性相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了0.32、0.97、0.34和0.37；而Cu的含量與入海排放總量之間沒有顯著相關(guān)性。沉積物中重金屬的含量與人均GDP的相關(guān)系數(shù)顯示，重金屬Cu、Pb、As與人均GDP之間沒有顯著的相關(guān)性，Hg、Cd與人均GDP之間的相關(guān)性較強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了0.62、0.52。

表4 線性相關(guān)系數(shù)表Table 4 Lists of Linear correlation coefficients

Note:①Heavy metals into sea

綜合對(duì)圖4與表4的分析可以看出，本文研究的沉積物中的大部分重金屬的含量與重金屬的入海排放總量之間具有顯著相關(guān)性，且沉積物中重金屬Hg、Cd、Pb、As的含量受到了河流入海排放的影響；重金屬Hg、Cd與人均GDP、排海重金屬總量有著較強(qiáng)的相關(guān)性，重金屬排海總量與人均GDP之間存在著一定的相關(guān)性。由此可以說明，人均GDP總量的增長通過影響重金屬的河流排放量進(jìn)而影響重金屬Hg、Cd在沉積物中的含量；而Pb、As沉積物中重金屬的含量與排?？偭康南嚓P(guān)性較強(qiáng)，而與人均GDP之間并沒有顯著的相關(guān)性。由此可以說明，經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中產(chǎn)生的Pb、As重金屬污染并不直接通過排放量來影響沉積物中的重金屬含量，也可能存在其他因素通過影響排放量對(duì)沉積物中的重金屬的含量產(chǎn)生影響；重金屬Cu與其排?？偭恳约叭司鵊DP 均無顯著相關(guān)性。

綜上所述，經(jīng)濟(jì)的增長并不直接通過影響重金屬的河流排放量來影響重金屬在沉積物中的含量，但Hg、Cd在沉積物中的含量可能是由經(jīng)濟(jì)發(fā)展所產(chǎn)生的河流排污造成的。因此，在今后的污染整治工作中，應(yīng)提高對(duì)Hg、Cd兩種重金屬排放的控制力度。環(huán)保投入與總量控制目標(biāo)也應(yīng)該對(duì)這兩種重金屬進(jìn)行更加具體的考慮。

4 結(jié)語

1978—2009年渤海表層沉積物中重金屬平均含量隨時(shí)間變化的規(guī)律顯示， Hg、Cu、Cd和As這四種重金屬的含量隨時(shí)間變化的趨勢(shì)較為一致，其變化趨勢(shì)大致可以分為四個(gè)階段：第一個(gè)階段是20世紀(jì)79年代，該階段重金屬的平均含量較高；第二階段是20世紀(jì)70年代末至20世紀(jì)90年代初，該階段重金屬的平均含量顯著降低；第三階段是20世紀(jì)90年代末至21世紀(jì)初，該階段重金屬的平均含量再次升高；第四階段是2002年至今，該階段重金屬的平均含量再次降低。

入海河流的重金屬排放量是沉積物中重金屬的重要來源，重金屬在沉積物中的蓄積存在一定的時(shí)滯。河流排放的重金屬對(duì)滯后一年的沉積物中的Hg、Cd、Pb、As重金屬含量存在顯著影響，對(duì)Cu含量的相關(guān)性影響較小。經(jīng)濟(jì)發(fā)展一方面使得重金屬排放增多，另一方面也提高了對(duì)重金屬污染的治理水平，這使得經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展初期人均GDP與特定重金屬排放量之間呈現(xiàn)一定的正相關(guān)關(guān)系。

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Abstract: The offshore sediments of heavy metal pollution can lead to a series of environmental disaster, the sediments of heavy metal pollution has gradually become one of the hot topics in the study of the Marine environment. This paper uses sea pollution monitoring data in 1978—1978 from the state oceanic administration to study the temporal distribution of sediment characteristics of the chromium (Cr), copper (Cu), arsenic (As), cadmium (Cd), mercury (Hg) of the Bohai sea and their influencing factors such as the coast of the river discharge status, the GDP of the offshore of the Bohai sea. The results showed that the different kinds of heavy metal in the sediments of the Bohai sea trend similar with time. Bohai sea surface sediment heavy metal Hg, Cu, Cd and As content changes with time can be divided into four stages in 1978—2009 and its accumulation in the sediments have certain time lag. And at the beginning of the rapid economic development, the GDP has certain positive correlation with specific emissions of heavy metals.

Key words: surface sediment; heavy metal; Bohai Sea; temporal distribution characters; influence factors

責(zé)任編輯 徐 環(huán)

The Temporal Distribution Characters of Heavy Metal Contents and Its Influence Factors on Sediments in Bohai Sea

HUO Su-Xia1,2, XING Cong-Cong1,2, ZHU Chao-Qi2,3, ZHANG Hong2, CHENG Sheng2, JIANG Jun2, SHAN Hong-Xian2,3

(1. North China Sea Environmental Monitoring Center, SOA; Key Laboratory of Marine Spill Oil Identification and Damage Assessment Technology, Qingdao 266033, China; 2. Key Laboratory of Marine Geo-environmental Engineering of Shandong Province, College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 3. Laboratory for Marine Geology, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266061, China)

X82

A

1672-5174(2017)10-042-08

10.16441/j.cnki.hdxb.20160481

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國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41372287); 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(QNLM2016ORP0110)資助 Supported by National Natural Science Foundation of China (41372287)； Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology (QNLM2016ORP0110)

2017-05-20；

2017-07-20

霍素霞(1976-)，女，高級(jí)工程師。E-mail：737711303@qq.com

?? 通訊作者：E-mail：hongxian@ouc.edu.cn