李青生, 王 翠, 蔣金龍, 黃金良, 吳耀建

九龍江口表層沉積物重金屬的污染特征與來源分析

李青生1, 2, 王 翠1, 2, 蔣金龍1, 2, 黃金良3, 吳耀建1, 2

(1. 自然資源部第三海洋研究所, 福建 廈門 361005; 2. 自然資源部第三海洋研究所, 福建省海洋生態(tài)保護與修復重點實驗室, 福建 廈門 361005; 3. 廈門大學 福建省海岸帶污染防控重點實驗室, 福建 廈門 361102)

為了解九龍江口表層沉積物重金屬的污染特征, 作者于2013年9月在九龍江口進行了表層沉積物采樣調(diào)查分析, 結(jié)果表明: 沉積物中Cu、Pb、Zn和Cd的空間分布較為相似, 高值區(qū)均分布在南溪入?？诤秃ｉT島下游海域, Cr含量的高值區(qū)也分布在南溪入?？诟浇?。聚類分析將采樣點位分為4類: 第一類主要分布在河口區(qū)外側(cè), 沉積物中油類含量較高; 第二類主要分布在南溪出?？? 硫化物、Zn和Cr的含量較高; 第三類分布在河口區(qū)中北部, 污染物含量處于中等水平; 第四類主要分布在海門島下游海域, 硫化物、TOC、Cu、Pb和Zn含量較高。地質(zhì)累積系數(shù)評價顯示: Hg、Cu、Pb、Zn、Cr、As處于未污染到輕度污染水平, Cd為輕度污染到重度污染水平; Zn、Cr、Cd的geo指數(shù)相對較高, 第二類和第四類站位的geo指數(shù)相對較高。相關(guān)分析表明, 硫化物與Cu、Zn、Cd正相關(guān)性較高, Cu與Zn、Cd、Cr正相關(guān)性較高, Pb與Zn、Cd正相關(guān)性較高, Zn與Cd、Cr正相關(guān)性較高。主成分分析表明, 河口沉積物重金屬主要有以下幾個可能來源: 流域和河口的工農(nóng)業(yè)活動和采礦活動、流域水土流失、流域自然風化。針對河口沉積物重金屬污染, 流域-河口污染控制與生態(tài)修復需采取以下措施: 工業(yè)污染的控制、農(nóng)業(yè)污染控制、養(yǎng)殖污染的控制、植樹造林與河岸帶綠化和礦山生態(tài)恢復。

重金屬; 表層沉積物; 污染特征; 來源分析; 九龍江口

重金屬因為其毒性、持久性和生物累積性已經(jīng)成為世界性的環(huán)境問題[1-3]。作為陸地和海洋強烈作用區(qū)域, 河口是陸源污染的蓄積池; 同時大部分河口區(qū)域經(jīng)濟發(fā)達, 河口區(qū)域的人類活動也是河口污染物的重要來源[4-6]。沉積物重金屬可能因環(huán)境條件的變化再次釋放, 從而造成水環(huán)境的二次污染, 沉積物重金屬是河口生態(tài)系統(tǒng)健康的重要壓力來源[7-12]。因此進行河口沉積物重金屬污染特征研究很有必要, 也是進行沉積物重金屬污染控制與環(huán)境管理的基礎(chǔ)。

近年來, 河口沉積物重金屬污染方面的研究逐漸成為研究熱點[13-15], 以往的研究主要集中在時空分布[5-7]、累積性風險分析[16-21]、源解析[22-28]等方面, 但是對于河口重金屬的分區(qū)、污染貢獻的流域與河口比較等方面的研究, 仍然相對很少。另外, 以往的研究在沉積物重金屬污染特征分析的基礎(chǔ)上, 很少提出相應(yīng)的污染控制與生態(tài)修復建議, 而相關(guān)建議是污染分析的成果, 也是重金屬污染控制的基礎(chǔ)。

九龍江位于福建閩南沿海發(fā)達地區(qū), 是福建省第二大河, 流經(jīng)農(nóng)業(yè)發(fā)達的漳州平原, 作為漳州、龍巖、廈門3地超過500萬人的飲用水與工農(nóng)業(yè)用水源, 其區(qū)域的生態(tài)意義重大。近年來, 快速發(fā)展的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化已經(jīng)影響了流域和河口的環(huán)境質(zhì)量[29]。研究河口沉積物重金屬的污染特征及其影響因素對于九龍江流域與河口的環(huán)境污染控制與管理具有重要的現(xiàn)實意義。鑒于此, 作者系統(tǒng)地分析了九龍江口沉積物重金屬空間分布、污染分區(qū)、累積特征及來源、流域和河口人類活動對河口沉積物的影響, 提出了相應(yīng)的管理建議, 以期為九龍江口沉積物污染控制、規(guī)劃與管理提供技術(shù)支撐。 

1 研究區(qū)域、數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域

九龍江發(fā)源于龍巖市新羅區(qū)和漳州市南靖縣, 由北溪、西溪和南溪組成, 向東南匯入廈門灣, 河口區(qū)位于龍海市東部海域和廈門市西部海域(圖1)。九龍江流域地質(zhì)構(gòu)造復雜, 燕山晚期侵入的黑云母花崗巖掩體分布最廣泛, 火山噴出巖性多為凝灰熔巖、流紋巖、凝灰?guī)r等。上游出露部分古生界、中生界沉積巖地層, 下游平原多分布第四紀沉積地層。上游地區(qū)主要為山地、丘陵, 下游主要為平原。多年平均氣溫19.9~21.1℃, 多年平均降雨量1 400~ 1 800 mm。北溪多年平均流量281.4 m3/s, 年平均徑流量8.230×109m3; 西溪多年平均流量117 m3/s, 年平均徑流量3.68×109m3。上游河谷區(qū)域有較多的農(nóng)業(yè)和采礦活動; 下游為漳州平原, 農(nóng)業(yè)集約化程度高; 近年來, 下游地區(qū)工業(yè)也發(fā)展較快。九龍江口分布于流域東南部, 經(jīng)、緯度范圍為117°46′30″E~ 118°5′30″E、24°22′00″N~24°29′30″N。九龍江口常年水溫在13~32℃變動, 為典型的亞熱帶沉溺型河口, 河口潮汐是常規(guī)半日潮, 河口島嶼胡茂洲、吳嬌洲和玉枕洲將河口分為北支、中支和南支。河口區(qū)分布著紅樹林、白鷺自然保護區(qū)等, 濱海濕地面積較大; 河口區(qū)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達, 周邊陸域主要為池塘養(yǎng)殖, 水域主要為網(wǎng)箱養(yǎng)殖, 河口周邊分布著較多工業(yè)企業(yè)。

圖1 研究區(qū)域地理位置

1.2 采樣與分析

自然資源部第三海洋研究所在九龍江口針對南北河道入?？诓荚O(shè)了12個采樣點采集沉積物表層樣(圖1), 采樣時間為2013年9月。表層沉積物采樣深度為2 cm以淺, 九龍江口沉積速率約為0.43 cm/a, 采集樣品反映的時間尺度為4 a~5 a。采樣時用干凈的塑料勺采集表層沉積物濕樣, 裝于磨口玻璃瓶中, 每份樣品量濕質(zhì)量約200 g左右, 冷藏保存, 供后續(xù)分析使用。分析了Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As、硫化物、總有機碳和石油類含量等10個指標, 其中Cu和Zn含量采用火焰原子吸收分光光度法測定, Pb、Cr和Cd含量采用無火焰原子吸收分光光度法測定, Hg和As含量采用原子熒光法測定, 油類含量采用熒光分光光度法測定, 有機碳含量采用重鉻酸鉀氧化還原容量法測定, 硫化物采用碘量法測定。樣品采集、儲存和運輸方法及分析方法均嚴格按照GB 17378.5-2007《海洋監(jiān)測規(guī)范第5部分: 沉積物分析》[30]的有關(guān)要求進行, 沉積物相關(guān)指標如表1所示。

1.3 GIS分析

本研究中GIS分析內(nèi)容主要包括沉積物重金屬含量的空間插值、流域邊界劃定以及流域土地利用分析。

利用反距離權(quán)重法(Inverse Distance Weight, IDW)進行空間插值, 基于各站位采樣獲得的沉積物重金屬含量數(shù)據(jù)生成沉積物重金屬含量空間分布柵格圖(柵格邊長30 m), 以分析沉積物重金屬的空間分布特征?；谝延械难芯拷Y(jié)果[29], 利用GIS的水文模擬功能, 界定了流域的邊界, 根據(jù)河流走向確定了北溪、西溪和南溪的流域邊界?；?016年Landsat TM遙感影像數(shù)解譯得到的土地利用類型圖, 獲得了農(nóng)業(yè)用地、林地、園地、水體、城鎮(zhèn)建設(shè)用地和未利用地6類, 利用GIS進一步提取了北溪、西溪、南溪以及河口岸線1 km緩沖區(qū)的土地利用信息。

1.4 統(tǒng)計分析

1.4.1 層次聚類分析

聚類分析根據(jù)觀測對象之間的相似程度逐次聚合, 達到“物以類聚”的目的, 其中層次聚類分析(Hierarchical Clustering Analysis, HCA)方法的應(yīng)用最為廣泛[31]。本研究中采用離差平方和法(Ward’s Method)和平方歐氏距離法(Squared Euclidean Distance)[32-33]分析九龍江口各站位沉積物污染特征的空間相似性和差異性。

1.4.2 線性相關(guān)分析

本研究中采用線性相關(guān)分析方法, 分析河口沉積物重金屬指標之間的相關(guān)性, 識別沉積物重金屬來源的相似性與差異性。

表1 表層沉積物指標的描述統(tǒng)計指標(μg/g)

1.4.3 主成分分析

采用主成分分析法(Principal Component Analysis, PCA)分析重金屬來源。PCA通過正交變換將一組可能存在相關(guān)性的變量轉(zhuǎn)換為一組線性不相關(guān)的新變量, 新變量在反映課題的信息方面盡可能保持原有的信息[34]。

本研究利用Microsoft Excel 2010和SPSS Statistics 17.0進行統(tǒng)計分析。

1.5 地質(zhì)累積系數(shù)評價

地質(zhì)累積系數(shù)法(Geoaccumulation Index, Igeo)是由Müller[35]提出的一種評價沉積物中重金屬毒性的方法, 在河口沉積物重金屬評價中被廣泛應(yīng)用[2, 16-17, 20]。它是將當前的重金屬濃度與重金屬的背景值進行比較。地質(zhì)累積系數(shù)法的計算公式為:

geo=log2(C/1.5 ×B)

其中,C是沉積物中重金屬含量實測值,B是沉積物中重金屬的背景值, 本研究采用福建省海岸帶土壤環(huán)境背景值作為參比值[36], 1.5為背景矩陣校正因數(shù)。Muller[37]區(qū)分了7個geo級別, 從第零級(geo≤0)到第六級(geo>5), 分別表示未污染(geo≤0)、未污染至中度污染(0≤geo≤1)、中度污染(1≤geo≤2)、中度至重度污染(2≤geo≤3)、重度污染(3≤geo≤4)、重度至極度污染(4≤geo≤5)和極度污染(geo≥5)。

2 結(jié)果與討論

2.1 沉積物重金屬空間分布

九龍江口表層沉積物中的Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg和As含量分別為4.90~42.21 μg/g(平均值為21.69 μg/g, 圖2)、19.50~82.20 μg/g(平均值為44.07 μg/g)、53.55~223.05 μg/g(平均值為125.05 μg/g)、0.07~ 0.47 μg/g(平均值為0.25 μg/g)、5.76 ~107.04 μg/g(平均值為49.84 μg/g)、0.04~0.14 μg/g(平均值為0.08 μg/g)和6.90~11.00 μg/g (平均值為8.96 μg/g)。

Cu、Pb、Zn和Cd的空間分布相似性較高, 高值區(qū)均分布在南溪入海口和海門島附近海域, Cr含量的高值區(qū)分布在南溪口附近海域及鼓浪嶼附近海域。Hg和As的高值區(qū)與前述重金屬有所不同。

將九龍江口表層沉積物重金屬含量與中國其他河口或河口灣進行了比較, 結(jié)果如表2所示。九龍江河口表層沉積物重金屬含量低于泉州灣、汕頭灣和廈門西海域, 但高于環(huán)渤海周邊河口海域(黃河口、遼河口和雙臺子河口)、拓林灣。九龍江河口表層沉積物中的Cu和Cr的濃度低于長江口和珠江口, 而Zn的濃度高于長江口和珠江口。說明九龍江口表層沉積物含量整體要低于一些經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)河口表層沉積物重金屬含量(泉州灣、汕頭灣等), 而要高于一些開發(fā)程度相對較低地區(qū)的河口(黃河口、遼河口和雙臺子河口等), 經(jīng)濟發(fā)展水平越高、發(fā)展規(guī)模越大, 排放的污染物就越多, 對河口水體、沉積物的影響也相對較大。另外, 環(huán)渤海周邊河口海域(黃河口、遼河口和雙臺子河口)的重金屬含量較低可能也跟區(qū)域的重金屬背景值較低有關(guān)。

圖2 九龍江口海域重金屬空間分布(μg/g)

將本次表層沉積物重金屬含量與本區(qū)域歷史研究成果進行了比較, 鑒于Zn和As的歷史資料不全, 本研究只選取了Cu、Pb、Cd、Cr和Hg進行了比較, 如表2和圖3所示。Cu整體呈上升趨勢, Pb、Cd呈先上升后下降趨勢, Cr和Hg呈先下降后上升的趨勢。這可能跟20世紀80年代以來九龍江流域經(jīng)濟發(fā)展有關(guān), 經(jīng)濟的迅速發(fā)展帶來的污染物排放也逐漸增加, 但是近年來隨著環(huán)境保護工作的加強, 環(huán)境質(zhì)量有逐漸改善的趨勢, 使得污染物變化趨勢發(fā)生變化。

表2 九龍江口和其他河口(灣)的沉積物重金屬含量的比較(μg/g)

注: “—”空白表示無數(shù)據(jù)

2.2 沉積物站位的空間分區(qū)

本研究根據(jù)各采樣站點的沉積物污染物含量, 進行層次聚類分析, 在Wards距離為10處將采樣點位分為4類(圖4), 各類別的空間分布如圖5所示。第一類主要分布在河口區(qū)外側(cè), 表層沉積物中油類含量較高, 此區(qū)域處于廈門西港航道集中區(qū),航運繁忙, 此區(qū)的沉積物受到廈門西港航運的影響; 第二類主要分布在南溪出?？? 表層沉積物中的硫化物、Zn、Cr的含量較高, 此區(qū)域受到北溪、西溪和南溪的共同影響, 特別是南溪流域工廠、池塘養(yǎng)殖較多, 排放污染物對沉積物影響較大; 第三類主要分布在河口區(qū)中北部, 表層沉積物中的污染物濃度處于中等水平; 第四類主要分布在九龍江口區(qū)東南部、海門島下游海域, 硫化物、TOC、Cu、Pb和Zn含量較高, 此區(qū)域的開山采石、圍填?；顒虞^多, 修船廠也較多, 對海域沉積物的影響較大(表3)。

圖3 本研究和本區(qū)域之前研究的沉積物重金屬含量比較

圖4 聚類分析結(jié)果圖

圖5 4類站位的空間分布圖

表3 4類站位的污染物含量

2.3 沉積物污染的來源分析

2.3.1 地質(zhì)累積系數(shù)分析

本研究中,geo指數(shù)被用于評估九龍江口表層沉積物中重金屬的累積情況, 結(jié)果如圖6所示。Hg、Cu、Pb、Zn、Cr、As處于未污染到輕度污染水平, Cd為輕度污染到重度污染水平。7種重金屬中, Zn、Cr、Cd的geo指數(shù)相對較高, 第二類和第四類站位的geo指數(shù)相對較高。

圖6 4類站位中的Igeo指數(shù)變化

2.3.2 污染物指標相關(guān)性分析

將表層沉積物污染物指標進行相關(guān)性分析, 結(jié)果如表4所示。硫化物與Cu、Zn、Cd正相關(guān)性較高, Cu與Zn、Cd、Cr正相關(guān)性較高, Pb與Zn、Cd正相關(guān)性較高, Zn與Cd、Cr正相關(guān)性較高, Hg與石油類正相關(guān)性較高。相關(guān)性分析表明硫化物、Cu、Pb、Zn、Cd和Cr的來源相似, 而Hg與石油類的來源相似。

2.3.3 污染來源分析

利用最大方差旋轉(zhuǎn)的主成分分析法對九龍江口表層沉積物污染物指標進行分析, 結(jié)果如表5所示。主成分分析共提取了3個主成分(Principal Component, PC), 3個主成分可以解釋84.83%的總方差。

表4 表層沉積物污染物指標的相關(guān)性

注: “**”表示在0.01水平上顯著相關(guān); “*”表示在0.05水平上顯著相關(guān)

表5 主成分分析結(jié)果

第一主成分解釋了30.61%的總方差, 其中Pb、Cd占有較大的載荷; 相關(guān)分析表明: Pb、Zn、Cd之間的正相關(guān)性較高, 說明他們有著相似的來源; Cd的污染物累積水平處于為輕度污染到重度污染水平, 說明有人類活動的影響; 第一主成分代表了流域工農(nóng)業(yè)活動和采礦活動帶來的污染。

相關(guān)研究表明, Pb、Zn、Cd普遍存在于化肥和農(nóng)藥中[43-45], 九龍江流經(jīng)農(nóng)業(yè)發(fā)達的漳州平原, 農(nóng)業(yè)污染對流域和河口的污染不容忽視, 而河口區(qū)的農(nóng)業(yè)用地比例比流域的比例更高(圖7), 顯示了河口區(qū)可能對沉積物重金屬污染有更大的貢獻; 九龍江下游各縣區(qū)的工業(yè)總產(chǎn)值與企業(yè)數(shù)量比較也顯示, 處于河口區(qū)的龍海市工業(yè)總產(chǎn)值最高、企業(yè)數(shù)量最多(表6), 而河口區(qū)目前還未建工業(yè)污水處理廠, 企業(yè)未經(jīng)處理或簡單處理的污水排放會導致部分污染物進入河口沉積物; 另外, 福建地區(qū)廣泛地分布著燕山期中、酸性巖漿巖, 巖石中Pb、Zn的克拉克值較高, 當巖石風化或經(jīng)開采后, 其中所含的Pb、Zn將隨其晶格的破壞而被地表徑流搬運入海, 使得沉積物中的Pb、Zn含量較高[47]。

圖 7 九龍江下游各縣區(qū)的工業(yè)總產(chǎn)值與企業(yè)數(shù)量[46]

表6 九龍江流域的土地利用結(jié)構(gòu)

注: 土地利用數(shù)據(jù)是通過Landsat TM遙感影像數(shù)解譯獲得

從前述分析可知: 第二類的站位的Cd、Zn的geo指數(shù)相對較高, 說明第二類站位所在區(qū)域與第一主成分的相關(guān)性較大: 第二類站位所在海域為九龍江口南岸、靠近南溪出海口的海域, 同時受到北溪、西溪和南溪的影響, 周邊農(nóng)業(yè)用地較多(表6), 其沉積物是受到工農(nóng)業(yè)活動影響的典型區(qū)域。主成分分布圖(圖8)顯示: 第一主成分高值區(qū)主要分布在九龍江河口區(qū)南側(cè)及南溪口附近, 這與上述分析整體上是一致的。

第二主成分解釋了27.67%的總方差, 其中硫化物、TOC、Cu占有較大的載荷, 相關(guān)分析也表明, 硫化物、Cu、Zn、Cd之間存在著顯著的正相關(guān)性, 說明他們有著相似的來源; Cu的污染物累積水平處于未污染到輕度污染水平。第二主成分代表水土流失的影響[48-50]。由圖8可知: 第二主成分的高值區(qū)位于海門島下游區(qū)域, 附近海岸分布著較多的碼頭、公路建設(shè)項目, 而當?shù)厣降剌^多, 沿岸建設(shè)項目多為挖山填海形成的, 導致水土流失較多, 進而影響河口海域沉積物。

圖8 各主成分空間分布

第三主成分解釋了26.55%的總方差, 其中Cr占有較大的載荷, Cr的污染物累積水平處于未污染到輕度污染水平, 且Cr與Cu、Zn呈正相關(guān)關(guān)系, 說明Cr與Cu、Zn的來源相似。第三主成分代表了自然風化的影響[16, 51]。由圖8可知: 第三主成分的高值區(qū)位于九龍江河口區(qū)南側(cè)、南溪口及廈門西海域鼓浪嶼附近海域, 這跟流域、海域侵蝕有關(guān)。

2.4 污染控制與生態(tài)修復建議

2.4.1 農(nóng)業(yè)污染控制

九龍江流經(jīng)福建省最大的平原——漳州平原, 流域農(nóng)業(yè)非常發(fā)達, 但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的面源污染也不容忽視, 對流域和河口的水質(zhì)、沉積物都有很大的影響, 因此流域農(nóng)業(yè)面源的控制對于河口沉積物質(zhì)量具有重要意義。流域面源控制可采取以下措施: (1) 減少化肥、農(nóng)藥的施用, 多用農(nóng)家肥; (2) 利用漳州平原河網(wǎng)密布、水源充足的特點, 發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè), 把發(fā)展糧食與多種經(jīng)濟作物輪作生產(chǎn)、發(fā)展大田種植與林、牧、副、漁業(yè)生產(chǎn)結(jié)合起來, 實現(xiàn)豐富農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量和品質(zhì)、減少農(nóng)業(yè)面源污染等效益。

2.4.2 工業(yè)污染的控制

工業(yè)污染是河口表層沉積物重金屬的重要來源, 九龍江下游的漳州市企業(yè)較多, 尤其是位于河口區(qū)的龍海市, 其企業(yè)在漳州縣區(qū)最多。因此控制流域和河口區(qū)的企業(yè)污染對環(huán)境管理十分必要。目前流域下游各縣區(qū)的的污水處理廠較少、規(guī)模較小, 一般僅處理縣區(qū)行政中心的生活污水, 處于郊區(qū)或者農(nóng)村的企業(yè)污水一般都未經(jīng)處理直接排放或經(jīng)過簡單處理排河, 對流域、河口的水質(zhì)和沉積物造成較大影響。因此, 工業(yè)污染控制的關(guān)鍵是建設(shè)區(qū)域工業(yè)污水處理廠, 對區(qū)域的工業(yè)污水進行搜集后集中處理。

2.4.3 養(yǎng)殖污染的控制

河口區(qū)良好的水交換條件、優(yōu)越的避風條件使其成為水產(chǎn)養(yǎng)殖的黃金區(qū)域。九龍江口的水產(chǎn)養(yǎng)殖面積較大、種類較多, 除了水域、灘涂的養(yǎng)殖外, 在河口陸域還分布著大量的池塘養(yǎng)殖。水域養(yǎng)殖污染主要來自于餌料的過度施用, 魚蝦食用后剩余的餌料便進入水體或沉積物, 造成污染?？刂扑蝠B(yǎng)殖污染的主要措施是少施餌料或不施餌料, 盡可能利用自然水體進行養(yǎng)殖; 池塘養(yǎng)殖的主要污染過程是養(yǎng)殖排水造成污染, 可以通過提高養(yǎng)殖水的循環(huán)處理再利用率, 減少養(yǎng)殖污水排放。

2.4.4 植樹造林與河岸帶綠化

水土流失也是影響河口沉積物的一大因素, 防止水土流失的主要措施是在丘陵、山體斜坡處植樹造林。此外, 河岸帶地區(qū)的土地利用方式對于河流水體和沉積物影響顯著, 河岸帶區(qū)域的植樹種草對于改善河流水質(zhì)至關(guān)重要。因此可以考慮加強河岸帶的生態(tài)化建設(shè), 以改善河岸帶水土流失, 進而改善河口的水質(zhì)和沉積物質(zhì)量。

2.4.5 做好采礦后的生態(tài)恢復

九龍江流域分布著較多的礦山, 部分礦山在開采過程中及開采后忽視生態(tài)恢復, 造成了較嚴重的水土流失, 影響流域、河口的水質(zhì)和沉積物, 因此, 應(yīng)在礦山生態(tài)開采過程中及開采后采取生態(tài)恢復措施, 減少水土流失, 改善環(huán)境質(zhì)量。

3 結(jié)論

本研究將多元統(tǒng)計分析與地理信息技術(shù)結(jié)合, 分析了受人類活動影響顯著的亞熱帶河口表層沉積物污染物的空間分布、污染分區(qū)、累積特征和可能來源, 并提出了一系列污染控制和生態(tài)修復建議。

沉積物中的Cu、Pb、Zn和Cd空間分布相似性較高, 高值區(qū)均分布在南溪入?？诤秃ｉT島下游海域附近, Cr含量的高值區(qū)也分布在南溪口附近海域, Hg和As的高值區(qū)有所不同。

聚類分析將采樣點位分為4類, 第一類主要分布在河口區(qū)外側(cè), 表層沉積物中油類含量較高; 第二類主要分布在南溪出?？? 硫化物、Zn和Cr的含量較高; 第三類主要分布在河口區(qū)中北部, 污染物含量處于中等水平; 第四類主要分布在海門島下游海域, 硫化物、TOC、Cu、Pb和Zn含量較高。

地質(zhì)累積系數(shù)分析顯示, Hg、Cu、Pb、Zn、Cr、As處于未污染到輕度污染水平, Cd為輕度污染到重度污染水平。7種重金屬中, Zn、Cr、Cd的geo指數(shù)相對較高; 第二類和第四類站位的geo指數(shù)較高。

相關(guān)分析表明, 硫化物與Cu、Zn、Cd正相關(guān)性較高, Cu與Zn、Cd、Cr正相關(guān)性較高, Pb與Zn、Cd正相關(guān)性較高, Zn與Cd、Cr正相關(guān)性較高, Hg與石油類正相關(guān)性較高。

主成分分析顯示, 河口沉積物重金屬有以下幾個可能來源: 流域和河口工農(nóng)業(yè)活動和采礦活動、流域水土流失、流域自然風化。

針對河口沉積物重金屬污染, 流域-河口污染控制與生態(tài)修復需做好以下幾方面: 工業(yè)污染的控制、農(nóng)業(yè)污染控制、養(yǎng)殖污染的控制、植樹造林與河岸帶綠化和采礦后的礦山生態(tài)恢復。

本研究基于河口監(jiān)測、統(tǒng)計分析、地理空間分析對河口表層沉積物重金屬的污染源來源進行了分析, 為污染源溯源和污染控制指明了方向。但如需準確確定重金屬來源, 則需要進一步研究, 如針對流域和河口制定詳細的監(jiān)測方案、進行長期污染源監(jiān)測、綜合模型模擬和環(huán)境監(jiān)測等。

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Pollution characteristics and source apportionment of heavy metals in the surface sediments of the Jiulong River Estuary

LI Qing-sheng1, 2, WANG Cui1, 2, JIANG Jin-long1, 2, HUANG Jin-liang3, WU Yao-jian1, 2

(1. Third Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Xiamen 361005, China; 2. Third Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Fujian Provincial Key Laboratory of Marine Ecological Conservation and Restoration, Xiamen 361005, China; 3. Xiamen University, Fujian Key Laboratory of Coastal Pollution Prevention and Control, Xiamen 361102, China)

heavy metal; surface sediment; pollution characteristics; source apportionment; Jiulong River Estuary

In September 2013, we conducted a surface sediment sampling survey in the Jiulong River Estuary to explore the pollution characteristics and sources of heavy metals in the surface sediments. The results showed that the spatial distribution of Cu, Pb, Zn, and Cd in sediment was similar. The high-value areas were distributed in the Nanxi Estuary and the lower reaches of Haimen Island. The high-value areas of Cr were distributed near the Nanxi Estuary. We divided the sampling points into four categories based on the hierarchical clustering analysis. The first category was distributed outside the estuary area with higher oil content in the sediment. The second category was mainly distributed in the Nanxi Estuary with higher sulfide, Zn, and Cr contents. The third category was distributed in the middle and northern parts of the Jiulong River Estuary, with medium content of pollutants. The fourth category was mainly distributed in the downstream of Haimen Island with high sulfide, total organic carbon, Cu, Pb, and Zn contents. The geoaccumulation index showed that Hg, Cu, Pb, Zn, Cr, and As were at unpolluted to moderately unpolluted levels, whereas Cd was at a moderate to strongly polluted level. Thegeoindices of Zn, Cr, and Cd along with thegeoindices of the second and fourth categories of stations were relatively higher. The correlation analysis showed that sulfide has a positive correlation with Cu, Zn, and Cd. Cu has a positive correlation with Zn, Cd, and Cr. Pb has a positive correlation with Zn and Cd. Zn has a positive correlation with Cd and Cr. The principal component analysis showed that there are three possible pollution sources of heavy metals in the surface sediments: industrial, agricultural, and mining activities in the river basin; soil erosion; and natural weathering. The following measures are needed and recommended for pollution control and ecological restoration: industrial pollution control, agricultural pollution control, aquaculture pollution control, afforestation and riparian greening, and mine ecological restoration.

Feb. 19, 2020

National Natural Science Foundation of China, No. 41406121; Scientific Research Foundation of Third Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, No. 2012020]

李青生(1985-), 男, 安徽南陵人, 碩士, 工程師, 主要從事海岸帶人類活動的資源與環(huán)境效應(yīng)研究, 電話: 0592-2195711, E-mail: qsli@tio.org.cn; 吳耀建, 通信作者, E-mail: xmwyj@tio.org.cn

X55

A

1000-3096(2020)12-0032-12

10.11759/hykx20200219001

2020-02-19;

2020-06-28

國家自然科學基金資助項目(41406121); 自然資源部第三海洋研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(海三科2012020)

(本文編輯: 譚雪靜)