中国主要河口沉积物污染及潜在生态风险评价_马德毅.doc

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1、中国主要河口沉积物污染及潜在生态风险评价_马德毅 中国环境科学 2003,23(5)：521525 China Environmental Science 中国主要河口沉积物污染及潜在生态风险评价 马德毅,王菊英 (国家海洋环境监测中心,国家海洋局海洋环境监测与保护技术重点实验室,辽宁 大连 116023) 摘要：采用单因子指数法和Hakanson生态风险指数法,通过分析长江口、珠江口、鸭绿江口和辽河口沉积物中典型污染要素PCB,Hg,Cd,Pb和As的含量,评价了上述河口沉积物的质量现状,定量确定了诸河口的潜在生态风险程度,结果表明,综合污染程度,长江口鸭绿江口珠江口辽河口,长江口和鸭绿江口

2、典型污染物的平均综合指数Cd分别为0.91和1.02,海域沉积物质量良好;而辽河口Cd污染程度较高(平均污染指数C if为3.38),珠江口As为中等污染参数(平均污染指数C if为1.57),潜在生态风险由低到高的排列顺序为鸭绿江口长江口珠江口辽河口,Cd在辽河口具有较高的潜在生态风险(平均潜在风险参数E ir达101.53),而Hg在珠江口的局部海域具有中等潜在生态风险(潜在风险参数E ir达51.20). 关键词：沉积物；河口；生态风险；污染 中图分类号：X820.4 文献标识码：A 文章编号：10006923(2003)05052105 Evaluation on potential

3、ecological risk of sediment pollution in main estuaries of China. MA De-yi, WANG Ju-ying (Key Laboratory of Marine Environmental Monitoring and Protection Technique, State Oceanic Administration, National Marine Environmental Monitoring Center, Dalian 116023, China). China Environmental Science, 200

4、3,23(5)：521525 Abstract：Through analyzing the contents of typical pollutants (PCB, Hg, Cd, Pb and As) in sediments of Changjiang Estuary, Zhujiang Estuary, Yalujiang Estuary and Liaohe Estuary, with adopting the index number techniques of single factor and Hakanson ecological risk the quality status

5、 of these sediments were evaluated; and the potential ecological risks of these estuaries were determined quantitatively. The order of integrated pollution extents was Changjiang Estuary < Yalujiang Estuary <Zhujiang Estuary <Liaohe Estuary. The average integrated index number of typical po

6、llutants Cd were 0.91 and 1.02 respectively, with rather good sediment quality in Changjiang Estuary and Yalujiang Estuary. However, Cd pollution extent was rather serious in Liaohe Estuary with average pollution index number of 3.38, and in Zhujiang Estuary As pollution was moderate with average po

7、llution index number C if of 1.57. The sequence of potential ecological risk was Yalujiang Estuary < Changjiang Estuary < Zhujiang Estuary < Liaohe Estuary. Cd possessed rather high potential ecological risk in Liaohe Estuary (with an average potential risk parameter E ir of 101.53); while

8、Hg possessed moderate potential ecological risk in partial sea-area of Zhujiang Estuary with the parameter E ir of 51.20. Key words：sediment；estuary；ecological risk；pollution 每年从陆地输送到海洋的物质约为250亿t,其中约有210亿t经河口进入海洋.对于一些重金属,如Ag、Co、Cr等,90%以上是通过河口进入海洋的;Cd、Cu、Hg,分别约50%由河口输入海洋.河口是陆地径流与海水的交汇区域,该区域的物理、化学和生物作

9、用较海洋更为剧烈,相对于开阔海域,河口地区水的存留时间很短1.水体中污染物浓度因受到多种因素的影响,具有多变和动态的特点,而沉积物中污染物的浓度是长期积累的结果,污染物浓度因而较为稳定,对于河口区尤为如此.因此,对沉积物中的污染物进行分析和评 价较水质分析而言更具代表性,分析测试也更为简单、可靠2.对沉积物污染的监测和评价研究, 国、内外均开展了大量的工作.Hakanson7所提出的生态风险指数法不仅反映了某一特定环境下沉积物中各种污染物对环境的影响,反映了环境中多种污染物的综合效应,而且用定量方法划分出了潜在生态风险程度3,因而生态风险指数法是沉积物质量评价中应用最为广泛的方法之一. 收稿日

10、期：20030210 基金项目：国家自然科学基金资助项目(40076029) * 通讯联系人 522 中 国 环 境 科 学 23卷 目前,国内应用生态风险指数法对沉积物污染进行评价的报道多集中于重金属污染46,这是由于我国长期未将多氯联苯(PCB)包括在沉积 险指数法进行适当调整后,用其评价了我国上述河口沉积物中污染物的综合污染效应,筛选出不同河口的主要风险因子,定量剖析了这4个河口 物监测工作中.而Hakanson提出生态风险指数法沉积物中典型污染物的潜在生态风险状况. 时,监测项目包括PCB, Hg, Cd, As, Pb, Cu, Cr和 1 材料与方法 Zn,涵盖了典型有机污染物和重

11、金属污染物. PCB作为一种难降解有机物,广泛分布于我国近海1.1 样品采集 沉积物中,对海洋生态健康有着不容忽视的影响. 19981999年在长江口,珠江口,辽河口和鸭 因此,作者选取我国主要河口中的长江口,珠绿江口分别采集了22,7,7,3个近年表层沉积物江口,辽河口,鸭绿江口作为研究对象,在Hakanson生态风险指数法的基础上,根据所测定的污染物种类(PCB, Hg, Cd, Pb和As),对生态风 02cm样品.采样站位如图1所示.样品的采集,固定,贮存及运输,按照GB17378.3海洋监测规范 8 第3部分中的相关规定执行. 4045400022303130 31 00 4030

12、12145 12200 12215 辽河口 394512405 12415 鸭绿江口 220012100 12130 12200 长江口 11330 珠江口 11400 图1 采样站位 Fig.1 Location of sampling 1.2 样品分析 对所采集的表层沉积物样品,分别测定其PCB, Hg, Cd, Pb和As的含量,所采用的分析方法如表1所示. 表1沉积物样品分析方法 Table 1 Analytical methods for sediment samples 项目 PCB Hg Cd Pb As 分析方法 气相色谱法 冷原子吸收分光光度法 无火焰原子吸收分光光度法 无火

13、焰原子吸收分光光度法 砷钼酸结晶紫外分光光度法 检出限 0.3109 510 9 河口和鸭绿江口沉积物中的污染要素进行分析和评价.单个污染物污染指数的计算公式为7: Ci (1) C=i Cn if 式中: Cif为某一污染物的污染指数; Ci为沉积物中污染物的实测浓度; Cin为全球工业化前沉积物中污染物含量,对于作者所研究的污染要素PCB, Hg, Cd, As和Pb,分别取值0.01,0.25,1.0, 15,70mg/kg7. Hakanson用Cif值来表征沉积物中单个污染物的污染程度,Cif1,低污染参数; 1Cif3,中污染参数;3Cif6,较高污染参数; Cif6,很高污染参数

14、. 多种污染物的综合效应,则是通过综合指数 0.04106 1106 1106 2 结果与讨论 2.1 主要河口沉积物污染现状分析 ,表征: 中国环境科学 2003,23(5)：521525 China Environmental Science 中国主要河口沉积物污染及潜在生态风险评价 马德毅,王菊英 (国家海洋环境监测中心,国家海洋局海洋环境监测与保护技术重点实验室,辽宁 大连 116023) 摘要：采用单因子指数法和Hakanson生态风险指数法,通过分析长江口、珠江口、鸭绿江口和辽河口沉积物中典型污染要素PCB,Hg,Cd,Pb和As的含量,评价了上述河口沉积物的质量现状,定量确定了诸

15、河口的潜在生态风险程度,结果表明,综合污染程度,长江口鸭绿江口珠江口辽河口,长江口和鸭绿江口典型污染物的平均综合指数Cd分别为0.91和1.02,海域沉积物质量良好;而辽河口Cd污染程度较高(平均污染指数C if为3.38),珠江口As为中等污染参数(平均污染指数C if为1.57),潜在生态风险由低到高的排列顺序为鸭绿江口长江口珠江口辽河口,Cd在辽河口具有较高的潜在生态风险(平均潜在风险参数E ir达101.53),而Hg在珠江口的局部海域具有中等潜在生态风险(潜在风险参数E ir达51.20). 关键词：沉积物；河口；生态风险；污染 中图分类号：X820.4 文献标识码：A 文章编号：1

16、0006923(2003)05052105 Evaluation on potential ecological risk of sediment pollution in main estuaries of China. MA De-yi, WANG Ju-ying (Key Laboratory of Marine Environmental Monitoring and Protection Technique, State Oceanic Administration, National Marine Environmental Monitoring Center, Dalian 11

17、6023, China). China Environmental Science, 2003,23(5)：521525 Abstract：Through analyzing the contents of typical pollutants (PCB, Hg, Cd, Pb and As) in sediments of Changjiang Estuary, Zhujiang Estuary, Yalujiang Estuary and Liaohe Estuary, with adopting the index number techniques of single factor a

18、nd Hakanson ecological risk the quality status of these sediments were evaluated; and the potential ecological risks of these estuaries were determined quantitatively. The order of integrated pollution extents was Changjiang Estuary < Yalujiang Estuary <Zhujiang Estuary <Liaohe Estuary. The

19、 average integrated index number of typical pollutants Cd were 0.91 and 1.02 respectively, with rather good sediment quality in Changjiang Estuary and Yalujiang Estuary. However, Cd pollution extent was rather serious in Liaohe Estuary with average pollution index number of 3.38, and in Zhujiang Est

20、uary As pollution was moderate with average pollution index number C if of 1.57. The sequence of potential ecological risk was Yalujiang Estuary < Changjiang Estuary < Zhujiang Estuary < Liaohe Estuary. Cd possessed rather high potential ecological risk in Liaohe Estuary (with an average po

21、tential risk parameter E ir of 101.53); while Hg possessed moderate potential ecological risk in partial sea-area of Zhujiang Estuary with the parameter E ir of 51.20. Key words：sediment；estuary；ecological risk；pollution 每年从陆地输送到海洋的物质约为250亿t,其中约有210亿t经河口进入海洋.对于一些重金属,如Ag、Co、Cr等,90%以上是通过河口进入海洋的;Cd、Cu、

22、Hg,分别约50%由河口输入海洋.河口是陆地径流与海水的交汇区域,该区域的物理、化学和生物作用较海洋更为剧烈,相对于开阔海域,河口地区水的存留时间很短1.水体中污染物浓度因受到多种因素的影响,具有多变和动态的特点,而沉积物中污染物的浓度是长期积累的结果,污染物浓度因而较为稳定,对于河口区尤为如此.因此,对沉积物中的污染物进行分析和评 价较水质分析而言更具代表性,分析测试也更为简单、可靠2.对沉积物污染的监测和评价研究, 国、内外均开展了大量的工作.Hakanson7所提出的生态风险指数法不仅反映了某一特定环境下沉积物中各种污染物对环境的影响,反映了环境中多种污染物的综合效应,而且用定量方法划分

23、出了潜在生态风险程度3,因而生态风险指数法是沉积物质量评价中应用最为广泛的方法之一. 收稿日期：20030210 基金项目：国家自然科学基金资助项目(40076029) * 通讯联系人 524 中 国 环 境 科 学 23卷 不同的Eir值范围所对应的潜在生态风险为有较高潜在生态风险; Eir600,水域具有很高潜Eir40,低潜在生态风险;40Eir80,中潜在生在生态风险.因作者所考虑的仅为5种污染物因态风险;80Eir160,较高潜在生态风险;160子,RI值的范围可调整为3RI140,水域具有低Eir320,高潜在生态风险; Eir320,很高潜在生态风险. 对于前述Hakanson采

24、用的8种污染物,将总的潜在风险参数之和定义为潜在生态风险指数RI: 潜在生态风险;140RI280,水域具有中潜在生态风险;280RI560,水域具有较高潜在生态风险;Eir560,水域具有很高潜在生态风险. 表3给出了长江口、珠江口、辽河口、鸭绿 江口中5种主要污染要素的潜在风险参数和潜 88 在生态风险指数值的计算结果.从总的潜在生态i RI=Er=Tri?Cif (4) 风险看,本文所研究的4个河口均只具有低潜在i=1i=1 不同RI值范围相对应的潜在生态风险为RI生态风险(RI140,水域潜在生态风险由低至高150,水域具有低潜在生态风险;150RI300,排列的顺序为鸭绿江口长江口珠

25、江口辽水域具有中潜在生态风险;300RI600,水域具 河口. 表3长江口、珠江口、辽河口、鸭绿江口潜在生态风险评价结果Table 3 Potential ecological risk assessment results in the four estuaries 河口 长江口 珠江口 辽河口 鸭绿江口 范围 平均值 范围 平均值 范围 平均值 范围 平均值 潜在风险参数 PCB 0.6012.68 5.85 0.606.36 1.58 0.615.16 1.50 0.613.64 1.62 Cd 1.146.69 3.50 17.1028.50 20.83 39.60383.10 101

26、.53 0.604.80 2.60 Hg 0.7815.38 7.94 8.0051.20 20.78 7.6814.40 11.57 3.5215.20 8.85 Pb 0.561.58 1.12 1.772.66 2.13 0.712.57 1.33 0.501.01 0.72 As 0.823.35 2.20 7.6722.33 15.70 2.225.97 3.81 3.756.80 5.24 潜在生态风险指数 3.9139.67 20.62 35.14111.06 61.01 50.82411.20 119.73 8.9731.45 19.30 在所研究的4个河口中呈现出潜在环境风险

27、的污染参数为珠江口的Hg和辽河口的Cd,尤以辽河口的Cd最为典型,几乎所有7个站位Cd的Eir(39.60383.10)均40,即具有较高的潜在生态风险,部分站位甚至具有很高的潜在生态风险(320),平均Eir值为101.53,就整个辽河口海域而言,Cd是具有较高潜在生态风险的污染参数.而珠江口则是Hg在个别站位具有中等潜在生态风险.As因其毒性响应参数较Hg、Cd要小得多,且浓度超出背景值的倍数也较少,故未体现出潜在生态风险. 辽河流域是我国传统工业基地,人口密度较大,大辽河河口海域水质近年来受到河流排污影,明显高于背景值1.同样,珠江流域是我国新兴加工产业基地,近年来经济发展速度迅猛,人口

28、密度骤增,工业废水和生活污水的排放量大增,使得珠江口海域的环境质量也明显恶化.“2002年中国海洋环境质量公报”中提及2002年对重点河流的主要入海污染物通量调查和河口海域环境质量监测结果表明,经长江、珠江和辽河入海的污染物总量仍然较大,河口海域环境污染难以有效遏制,其中长江口、珠江口、双台子河口、闽江口、辽河口和鸭绿江口海域污染严重,给海洋生态环境造成巨大压力.本文所研究的4个河口中的长江口、珠江口和辽河口均属于严重污染.值得引起关注的是,作者研究主体为沉积物,而沉积, 5期 马德毅等：中国主要河口沉积物污染及潜在生态风险评价 525 鸭绿江口的沉积物质量目前仍未反映出潜在的生态风险,但是,

29、若对河流流域的污染物排放再不加以有效的监督管理和总量控制,河口区的沉积物质量将日趋下降,河口区作为一个特殊的生态系统,其生态环境质量将受到严重威胁. 3结论 3.1 所研究河口的综合污染程度由轻到重的排列顺序为长江口鸭绿江口珠江口辽河口,其中长江口和鸭绿江口沉积物质量良好,污染参数浓度均小于背景值,而辽河口Cd污染程度较高,在珠江口As属中等污染. 3.2 对于不同的河口,潜在生态风险由低至高排列顺序为鸭绿江口长江口珠江口辽河口,辽河口Cd具有较高潜在生态风险,而Hg在珠江口的局部海域具中等潜在生态风险. 迁移与环境 M. 北京:海洋出版社,1997.13. 马德毅.海洋沉积物的污染指示作用和

30、监测方法 J. 海洋通 报, 1993.12(5):8996. 刘 成,王兆印,何 耘,等.环渤海湾诸河口潜在生态风险评价 J. 环境科学研究,2002,15(5):3337. 何孟常,王子健,汤鸿霄.乐安江沉积物重金属污染及生态风险 性评价 J. 环境科学,1999,20(1):810. 刘文新,栾兆坤,汤鸿霄.乐安江沉积物中重金属污染的潜在生 态风险性评价 J. 生态学报,1999,19(2):206211. 贾振邦,梁 涛,林健枝,等.香港河流重金属污染及潜在生态危 害研究 J. 北京大学学报,1997,33(4):485492. Hakanson L. An ecological ri

31、sk index for aquatic pollution control: a sedimentological approach J. Water Res., 1980,14(8): 9751001. 国家海洋局.海洋监测规范 M. 北京:海洋出版社, 1991. 作者简介：马德毅(1955),男,辽宁绥中人,国家海洋环境监测中心 研究员,硕士,主要从事海洋环境地球化学领域的研究.发表论文30余篇. 参考文献： 张 经. 中国主要河口的生物地球化学研究化学物质的 致谢：“全国第二次海洋污染基线调查”项目组为本文提供了大量 原始数据,在此表示感谢. 水资源减少引发对粮食生产的关注 据瑞士联

32、邦环境科学技术研究所(EAWAG)最新发表的一份水资源和一个国家生产粮食能力的定量分析报告称,今后30年几十个非洲和亚洲贫穷国家的人民将面临饮饿.瑞士科学家用一个统计模式将可更新水资源和一个国家的谷物进口相联系.他们发现虽然许多国家已在农业中更有效地使用淡水资源,仍然有35个国家到2030年缺少足够的水生产粮食. 在多数国家,水资源的三分之二以上用于农业,因此一个国家的水资源与其粮食生产能力密切相关. EAWAG研究人员分析了世界资源研究所(WRI)、联合国粮农组织(UNFAO)和世界银行提供的19802000年的数据.他们发现水水资源低于一个“水阈值”数量时,粮食进口急剧增加.以前曾假设这一水阈值是常数,但EAWAG的分析发现亚非国家的这一数值从上世纪80年代初的2000m3/(人?年)降至90年代末的1500m3/(人?年),这是由于灌溉面积扩大和水使用效率改进.可能的进步包括更多建立污水处理厂、水回用和人工灌地下水,减少污染和环境破坏也很重要. 江 刚 摘自Environmental Science & Technology, August, 1,273A-274A(2003)