Changes in heavy metal content and their potential ecological risk in the surface sediments of Lingding Bay from 2010 to 2020
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摘要:
珠江口是中国重金属污染最严重的河口之一，为了解该河口区近十余年来的重金属污染变化状况，分别于2010和2020年在污染物最易聚集的伶仃洋海域开展了表层沉积物调查取样工作，并使用ICP-MS方法测试了所有样本的V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb等重金属含量。结果显示，2020年所取沉积物中Cd、Cr、Cu、Zn和Pb的平均含量都比2010年样本的含量显著降低，V和Ni的变化甚微，Co的含量则明显上升。富集系数法和潜在生态危害指数法的评价结果也反映出2020年沉积物中Cd、Cu、Pb、Zn以及Cr的富集程度及潜在生态危害总体上较10年前都有不同程度的缓解，但仍有超过50%的样本中Cd呈现中度—显著富集。V和Ni在2个时期的沉积物中均为轻微富集或基本无富集，但2020年属轻微富集的比例相比2010年有所增加。Co的富集程度及潜在生态危害较2010年加剧，但尚属轻微级。空间上看，伶仃洋4大口门水道，尤其是洪奇沥和蕉门水道，仍为珠江口重金属污染的重灾区，其中，Cd依然是富集程度最高、受人为影响最大且潜在生态风险最强的重金属，其次是Cu和Pb。
Abstract:The Pearl River estuary (PRE) is one of the estuaries with the most serious heavy metal pollution in China. To understand the changes of heavy metal pollution in this area in the last 10 years, sampling at surface sediments was carried out in 2010 and 2020 at nearly the same locations and quantities in the Lingding Bay area, where pollutants were most likely to accumulate. In addition, the contents of heavy metals (V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, and Pb) in all the samples were measured by using ICP-MS. Results show that the average contents of Cd, Cr, Cu, Zn, and Pb in the sediment samples collected in 2020 significantly decreased than those of 2010, except for V and Ni whose contents changed slightly, and Co increased significantly. The evaluation results of the enrichment factor method and potential ecological risk index method reflected that the enrichment degree and potential ecological risk of Cd, Cu, Pb, Zn, and Cr in surface sediment of 2020 have been alleviated to varying degrees compared to that 10 years ago. Cd was in moderate to significant enrichment in over half of the samples. V and Ni were not or slightly enriched in both time periods, but the proportion of slight enrichment in 2020 increased compared to 2010. The enrichment degree and potential ecological risk of Co increased compared to 2010, but it was still at a low level. From a spatial perspective, the four major waterways in Lingding Bay, especially the Hongqili and Jiaomen Waterways, were still the places with the most severe heavy metal pollution in PRE. Among the 8 heavy metals in concentration, Cd concentration was the highest, the greatest human impact and the strongest potential ecological risk, followed by Cu and Pb.
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Key words:
- Pearl River Estuary /
- Lingding Bay /
- surface sediment /
- heavy metal /
- potential ecological risk
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表 1 伶仃洋表层沉积物重金属含量对比
Table 1. Comparison of heavy metal content in the surface sediments of Lingding Bay
V Cr Co Ni Cu Zn Cd Pb 2010年
（n=28）最大值/（mg/kg） 165.52 151.83 20.36 60.07 161.31 360.06 7.04 108.13 最小值/（mg/kg） 62.24 51.6 8.21 22.82 32.38 96.04 0.40 30.52 平均值/（mg/kg） 104.68 95.56 14.14 39.65 76.23 180.79 1.62 59.25 变异系数 0.25 0.25 0.20 0.23 0.41 0.36 0.84 0.24 2020年
（n=26）最大值/（mg/kg） 163.00 119.00 24.30 69.20 189.00 401.00 2.77 101.00 最小值/（mg/kg） 42.80 13.30 8.04 16.50 16.30 66.90 0.23 25.00 平均值/（mg/kg） 103.87 60.94 18.91 39.41 53.44 140.03 0.81 47.05 变异系数 0.27 0.41 0.19 0.27 0.59 0.44 0.74 0.32 2020年较2010年平均变幅/% 0.77↓ 36.23↓ 33.72↑ 0.61↓ 29.89↓ 22.54↓ 50.30↓ 20.59↓ 
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表 2 伶仃洋表层沉积物质量等级
Table 2. Classification in surface sediment quality in Lingding Bay
年份 沉积物
质量标准各等级样本占比/% Cr Cu Zn Cd Pb 2010 一类 28.57 7.14 39.29 3.57 67.86 二类 67.86 71.43 57.14 64.29 32.14 三类 3.57 21.43 3.57 32.14 0.00 2020 一类 80.77 19.23 69.23 38.46 88.46 二类 19.23 76.92 26.92 53.85 11.54 三类 0.00 3.85 3.85 7.69 0.00
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表 3 伶仃洋表层沉积物中重金属富集系数统计结果
Table 3. Statistics of enrichment factors of heavy metals in surface sediments of Lingding Bay
富集系数（EF） 富集程度/
受人为影响程度各等级样本占比/% V Cr Co Ni Cu Zn Cd Pb 2020年 ≤1 无 46.15 80.77 7.69 11.54 7.69 15.38 7.69 0.00 1～2 轻微 53.85 19.23 92.31 84.62 61.54 76.92 38.46 88.46 2～5 中度 0.00 0.00 0.00 3.85 26.92 7.69 42.31 11.54 5～20 显著 0.00 0.00 0.00 0.00 3.85 0.00 11.54 0.00 2010年 ≤1 无 67.86 67.86 75.00 28.57 0.00 7.14 0.00 0.00 1～2 轻微 32.14 32.14 25.00 71.43 50.00 67.86 14.29 75.00 2～5 中度 0.00 0.00 0.00 0.00 50.00 25.00 57.14 25.00 5～20 显著 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 28.57 0.00
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表 4 伶仃洋表层沉积物潜在生态危害系数
$ E_{r}^{i} $ 和潜在生态危害指数RI统计Table 4. Statistics of potential ecological risk factor
$ E_{r}^{i} $ and potential ecological risk index RI
RI V Cr Co Ni Cu Zn Cd Pb 2020年
（n=26）最大值 3.41 3.22 9.27 12.10 33.23 4.24 296.79 17.77 338.56 最小值 0.90 0.36 3.07 2.89 2.87 0.71 24.54 4.40 45.93 平均值 2.18 1.65 7.22 6.89 9.39 1.48 86.39 8.28 123.47 2010年
（n=28）最大值 3.47 4.11 7.77 10.50 28.36 3.81 754.18 19.03 818.98 最小值 1.30 1.40 3.14 3.99 5.69 1.02 42.75 5.37 68.26 平均值 2.19 2.59 5.40 6.93 13.40 1.91 173.82 10.43 216.67 2020较2010年变幅/% 0.46↓ 36.29↓ 33.70↑ 0.58↓ 29.93↓ 22.51↓ 50.30↓ 20.61↓ 43.01↓
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表 5 伶仃洋表层沉积物中元素间的相关性
Table 5. Correlation among all the elements in surface sediments of Lingding Bay
Fe Mn V Cr Co Ni Cu Zn Cd Pb 2010年（n=28） Fe 1 Mn 0.713** 1 V 0.970** 0.753** 1 Cr 0.562** 0.781** 0.624** 1 Co 0.931** 0.799** 0.959** 0.649** 1 Ni 0.692** 0.676** 0.691** 0.898** 0.698** 1 Cu 0.295 0.480** 0.312 0.816** 0.326 0.816** 1 Zn 0.196 0.579** 0.218 0.839** 0.265 0.745** 0.859** 1 Cd 0.046 0.593** 0.105 0.726** 0.18 0.473* 0.570** 0.847** 1 Pb 0.248 0.381* 0.232 0.638** 0.191 0.622** 0.497** 0.729** 0.689** 1 2020年（n=26） Fe 1 Mn 0.653** 1 V 0.971** 0.630** 1 Cr 0.713** 0.637** 0.699** 1 Co 0.853** 0.661** 0.840** 0.698** 1 Ni 0.691** 0.669** 0.640** 0.861** 0.718** 1 Cu 0.245 0.479* 0.181 0.684** 0.237 0.798** 1 Zn 0.191 0.472* 0.109 0.639** 0.223 0.751** 0.964** 1 Cd 0.229 0.651** 0.23 0.456* 0.219 0.394* 0.481* 0.575** 1 Pb 0.148 0.331 0.041 0.551** 0.149 0.650** 0.821** 0.865** 0.479* 1 注：**表示相关性在0.01水平上显著（双尾）；*表示相关性在0.05水平上显著（双尾）。
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图(3)
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