江苏中部潮间带表层沉积物重金属分布、来源及污染评价

项立辉, 王艳芬, 姜辞冬, 刘强, 李伟欣. 江苏中部潮间带表层沉积物重金属分布、来源及污染评价[J]. 海洋地质前沿, 2024, 40(8): 42-52. doi: 10.16028/j.1009-2722.2023.222
引用本文: 项立辉, 王艳芬, 姜辞冬, 刘强, 李伟欣. 江苏中部潮间带表层沉积物重金属分布、来源及污染评价[J]. 海洋地质前沿, 2024, 40(8): 42-52. doi: 10.16028/j.1009-2722.2023.222
XIANG Lihui, WANG Yanfen, JIANG Cidong, LIU Qiang, LI Weixin. Heavy metal contamination in surface sediments of intertidal zone in central Jiangsu Province: distribution, source, and assessment[J]. Marine Geology Frontiers, 2024, 40(8): 42-52. doi: 10.16028/j.1009-2722.2023.222
Citation: XIANG Lihui, WANG Yanfen, JIANG Cidong, LIU Qiang, LI Weixin. Heavy metal contamination in surface sediments of intertidal zone in central Jiangsu Province: distribution, source, and assessment[J]. Marine Geology Frontiers, 2024, 40(8): 42-52. doi: 10.16028/j.1009-2722.2023.222

江苏中部潮间带表层沉积物重金属分布、来源及污染评价

  • 基金项目: 中国地质调查局海洋地质保障工程专项(GZH201200506)
详细信息
    作者简介: 项立辉(1981—),男,硕士,高级工程师,主要从事生态环境调查与海洋地质调查方面的研究工作. E-mail:xianglihuidzj@163.com
  • 中图分类号: P736

Heavy metal contamination in surface sediments of intertidal zone in central Jiangsu Province: distribution, source, and assessment

  • 基于2015年江苏中部潮间带89个站位表层沉积物的测试分析结果和以往资料,探讨了Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As和Hg 7种重金属元素的含量、空间分布特征和相关性,并采用沉积物质量基准法、地累积指数法和富集系数对该区重金属状况进行了系统评价。结果表明,表层沉积物中重金属元素含量相差较大,平均含量由高至低依次为Cr>Zn>Cu>Pb>As>Cd>Hg,空间分布不均匀,高值区呈点状或片状分布。沉积物质量符合中国海洋沉积物质量第一类标准,所有站位的重金属含量均低于可能效应水平(PEL),综合潜在生态风险为低风险。元素相关性分析、地累积指数、富集系数和R型因子分析结果表明:Cu、Pb和Zn元素主要来自于地壳物质或自然风化作用,未污染、未富集;Cr元素含量受自然和人类活动共同作用的影响,部分站位轻度污染和轻度富集;Cd、As和Hg元素含量受人类活动影响较大,较为富集,污染程度较重。

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  • 图 1  研究区取样站位

    Figure 1. 

    图 2  研究区沉积物平均粒径(Mz)、沉积物类型、分选系数、偏态和峰态的空间分布特征

    Figure 2. 

    图 3  研究区沉积物平均粒径、常量元素(Al、Fe)和重金属元素(Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As和Hg)的空间分布特征

    Figure 3. 

    图 4  表层沉积物中重金属元素的富集系数EF(a)和地累积指数Igeo(b)

    Figure 4. 

    图 5  表层沉积物中重金属元素Igeo值分布特征

    Figure 5. 

    图 6  表层沉积物中重金属元素EF值分布特征

    Figure 6. 

    表 1  江苏中部潮间带与其他典型区域沉积物中重金属含量对比

    Table 1.  Comparison of the heavy metal concentrations in surface sediments of intertidal zone in central Jiangsu Province and other representative areas mg/kg

    位置 Cu Pb Zn Cr Cd As Hg 来源
    江苏中部潮间带 范围 11.66~46.01 3.72~27.7 12.86~90.34 44.74~167.7 0.02~0.73 0.81~16.09 0~0.2 本文
    均值 28.95 18.07 50.48 79.37 0.20 6.21 0.08
    江苏南部 均值 19.02 21.34 70.77 65.56 0.07 6.25 0.03 文献[13]
    江苏南通 均值 16.60 21.60 130.75 55.54 0.18 9.24 0.04 文献[29]
    南黄海 均值 40.30 19.29 56.91 57.17 0.09 11.06 0.01 文献[30]
    江苏沿海土壤 均值 19.54 14.52 61.06 61.71 0.12 13.06 0.01 文献[27]
    江苏陆域土壤 均值 15.84 24.70 64.68 60.28 0.37 8.59 0.03 文献[31]
    海洋沉积物质量第一类标准 均值 35 60 150 80 0.5 20 0.2 文献[32]
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    表 2  重金属元素与常量元素和平均粒径的Pearson相关系数

    Table 2.  Pearson's correlation matrix for the heavy metals, major element, and mean grain size

      Al Fe Cu Pb Zn Cr Cd As Hg Mz
    Al 1
    Fe 0.55** 1
    Cu 0.22* 0.48** 1
    Pb 0.54** 0.53** 0.47** 1
    Zn 0.54** 0.45** 0.43** 0.57** 1
    Cr 0.06 0.39** 0.63** 0.32** 0.23* 1
    Cd −0.05 0.10 0.17 0.10 0.16 0.37** 1
    As 0.30** 0.17 0.07 0.10 0.42** 0.03 0.34** 1
    Hg 0.06 0.03 0.12 0.11 0.12 0.16 −0.02 0.07 1
    Mz 0.89** 0.37** 0.16 0.42** 0.51** 0.12 0.14 0.35** 0.001 1
    注:** 在 0.01 级别(双尾),相关性显著;* 在 0.05 级别(双尾),相关性显著。
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    表 3  江苏中部重金属基准阈值及不同浓度范围内的百分比

    Table 3.  The reference threshold of heavy metals in central Jiangsu Province and percentage of samples in different concentration ranges

    沉积物基准阈值 Cu Pb Zn Cr Cd As Hg
    阈值效应水平(TEL) 18.7 30.2 124 52.3 0.68 7.24 0.13
    可能效应水平(PEL) 108 112 271 160 4.21 41.6 0.7
    <TEL/% 5 100 100 3 99 66 85
    ≥TEL,< PEL/% 95 0 0 97 1 34 15
    ≥PEL /% 0  0  0  0  0  0 0
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    表 4  江苏中部潮间带表层沉积物的富集系数EF和地累积指数Igeo

    Table 4.  Enrichment factors and geoaccumulation index values of heavy metals in the surface sediments of intertidal zone in central Jiangsu Province

    参数 Cu Pb Zn Cr Cd As Hg
    背景值/(mg/kg) 31 16 61 56 0.077 3.3 0.011
    EF 范围 0.46~1.67 0.28~1.96 0.22~1.55 0.86~3.32 0.38~10.82 0.27~4.56 0.38~20.99
    均值 0.99 1.19 0.87 1.51 2.81 1.98 7.88
    Igeo 范围 −2 ~−0.02 −2.69~0.21 −2.83 ~−0.02 −0.91~1 −2.26~2.66 −2.61~1.7 −1.84~3.65
    均值 −0.72 −0.45 −0.92 −0.13 0.56 0.12 1.95
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    表 5  表层沉积物中特征值的总方差、方差百分比和4个主成分的特征向量(F1—F4)

    Table 5.  Total variance of surface sediments and their eigenvalues, percentages of variance, and eigenvectors of four principal components (F1—F4)

    F1 F2 F3 F4
    Al 0.80 −0.48 −0.17 0.00
    Fe 0.73 0.08 −0.22 −0.19
    Cu 0.63 0.58 −0.16 −0.11
    Pb 0.74 0.06 −0.29 −0.02
    Zn 0.81 −0.10 0.08 0.12
    Cr 0.48 0.74 0.03 −0.09
    Cd 0.26 0.31 0.78 −0.14
    As 0.45 −0.25 0.68 0.18
    Hg 0.16 0.24 −0.09 0.93
    Mz 0.75 −0.48 0.05 −0.04
    特征值 3.86 1.58 1.29 1.00
    方差百分比/% 38.61 15.83 12.87 9.97
    累积方差/% 38.61 54.44 67.30 77.27
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出版历程
收稿日期:  2023-09-14
刊出日期:  2024-08-28

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