西沙永兴岛附近海域沉积物的环境质量评价

徐阁; 王德鸿; 王诗文; 石军; 袁超; 韩留玉

doi:10.12284/hyxb2022004

西沙永兴岛附近海域沉积物的环境质量评价

doi: 10.12284/hyxb2022004

国家海洋局海口海洋环境监测中心站，海南海口 570311

基金项目: 国家海洋局南海分局海洋科学技术局长基金（1542）

详细信息

作者简介:
徐阁（1986—），女，湖南省湘潭市人，工程师，从事海洋生态环境监测。E-mail：xuge187@163.com

中图分类号: P736.21⁺1
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出版历程
- 收稿日期: 2021-05-04
- 修回日期: 2021-07-23
- 网络出版日期: 2021-08-11
- 刊出日期: 2022-01-14

Evaluation on sediments quality around the Yongxing Island of Xisha

Haikou Marine Environmental Monitoring Center Station, State Oceanic Administration, Haikou 570311, China

摘要

摘要: 根据2009‒2017年9个航次对西沙永兴岛附近海域共6个站位的沉积物重金属监测结果，应用数理统计法估算了该区域7种重金属元素的背景值，分析了重金属的含量及年际变化，采用单因子标准指数法和潜在生态危害指数法对其重金属含量进行了评价。结果表明：研究区域沉积物重金属具有低背景值，均符合海洋沉积物质量第一类标准，沉积物质量为优。7种重金属含量的年际变化显著，变化规律不尽相同，受岛上开发活动影响较大。从2009年到2017年，重金属Zn、Cd、Cu、Cr、As和Hg含量变化的总体趋势先增多后减少，Pb的含量则表现为增多。潜在生态风险评价显示，多年平均潜在生态危害系数由大到小依次为Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn，Cd和Hg是该研究海域潜在的生态风险因子。
- 永兴岛 /
- 沉积物 /
- 重金属 /
- 背景值 /
- 年际变化 /
- 生态风险
Abstract: Based on the investigations of surface sediments at six sampling stations of nine cruises carried out in the sea around the Yongxing Island of Xisha from 2009 to 2017, the background values of seven heavy metals are determined through the process of mathematical statistics, the contents and inter-annual variations of heavy metals are analyzed, and the contents of the heavy metals are evaluated by means of single factor standard index and potential ecological risk index. The results show that the background values of heavy metals in the sediments of the study area are low, the average level of them meet the first class of marine sediment quality, and the quality of sediment is excellent. The inter-annual variations of seven heavy metals in the sediments of the study area are slightly different and generally significant and affected obviously by the development activities on the Yongxing Island. From 2009 to 2017, the contents of Zn, Cd, Cu, Cr, As and Hg are to increase first and then decrease, while the content of Pb is to increase. The assessment by means of potential ecological risk index shows that the multi year average of potential ecological risk indexes are in the order of Cd, Hg, As, Cu, Pb, Cr, Zn, and Cd and Hg are the main potential ecological risk factors of the study area.
- Yongxing Island /
- sediment /
- heavy metals /
- background values /
- inter-annual variations /
- ecological risk

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图 1 采样站位

Fig. 1 Sampling locations

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图 2 Zn和Pb含量的年际变化

Fig. 2 Inter-annual variation of contents of Zn and Pb

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图 3 Cr、Cu和As含量的年际变化

Fig. 3 Inter-annual variation of contents of Cr、Cu and As

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图 4 Cd和Hg含量的年际变化

Fig. 4 Inter-annual variation of contents of Cd and Hg

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图 5 重金属的综合潜在风险指数RI年际变化

Fig. 5 Inter-annual variation of comprehensive potential risk index RI of heavy metals

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表 1 重金属元素含量测试值与标准值对比

Tab. 1 Comparison of test value and standard value of heavy metal contents

	Cu		Pb		Zn		Cd		Cr		As		Hg
	测定值/ （μg·g⁻¹）	相对偏差/%	测定值/ （μg·g⁻¹）	相对偏差/%	测定值/ （μg·g⁻¹）	相对偏差/%	测定值/ （μg·g⁻¹）	相对偏差/%	测定值/ （μg·g⁻¹）	相对偏差/%	测定值/ （μg·g⁻¹）	相对偏差/%	测定值/ （μg·g⁻¹）	相对偏差/%
GBW07314 标准值	(31.0±4.0) μg/g		(25.0±4.0) μg/g		(87.0±2.0) μg/g		(0.20±0.04) μg/g		(86.0±4.0) μg/g		(10.3±1.4) μg/g		(0.048±0.012) μg/g
2009年	30.8	0.6	24.4	2.4	88.4	1.6	0.19	5.0	87.7	2.0	10.20	1.0	0.051	6.2
2010年	31.5	1.6	25.2	0.8	87.5	0.6	0.21	5.0	86.4	0.5	10.46	1.6	0.049	2.1
2011年	31.5	1.6	25.1	0.4	86.4	0.7	0.17	15.0	88.1	2.4	10.34	0.4	0.043	10.4
2012年	28.9	6.8	23.3	6.8	86.8	0.2	0.19	5.0	85.5	0.6	10.18	1.2	0.050	4.2
2013年	31.4	1.3	24	4.0	88.6	1.8	0.19	5.0	87.7	2.0	10.57	2.6	0.043	10.4
2014年	31.3	1.0	25.6	2.4	88.5	1.7	0.22	10.0	87.7	2.0	10.67	3.6	0.054	12.5
2015年	29.9	3.5	24.8	0.8	87.4	0.5	0.17	15.0	83.0	3.5	10.15	1.5	0.042	12.5
2016年	29.9	3.5	24.7	1.2	90.1	3.6	0.20	0	85.6	0.5	10.76	4.5	0.051	6.2
2017年	29.8	3.9	24.9	0.4	86.7	0.3	0.19	5.0	86.5	0.6	11.08	7.6	0.054	12.5
检出限	0.5		1.0		6.0		0.04		2.0		0.06		0.002

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表 2 重金属的毒性系数^[12]

Tab. 2 The toxicity coefficient of heavy metals^[12]

	Cu	Pb	Zn	Cd	Cr	As	Hg
T_rⁱ	5	5	1	30	2	10	40

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表 3 潜在生态风险指数法的污染评价等级划分

Tab. 3 Pollution level classification of potential ecological risk index

${E_r}^i $范围	单个重金属污染物生态风险程度分级	RI范围	综合潜在生态风险程度分级
${E_r}^i $<40	低	RI<130	低
40≤${E_r}^i $<80	中	130≤RI<260	中
80≤${E_r}^i $<160	较高	260≤RI<520	较高
160≤${E_r}^i $<320	高	RI≥520	高
${E_r}^i $≥320	很高

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表 4 永兴岛周边海域表层沉积物中重金属含量的背景值（单位：μg/g）

Tab. 4 Background values of heavy metals contents in the surface sediments of Yongxing Island and its surrounding sea area（unit: μg/g）

项目	Zn	Cd	Pb	Cu	Cr	As	Hg
样品数	6	6	6	6	6	6	6
测值范围	9.1～15.5	未检出～0.04	5.9～9.2	0.7～1.1	4.8～7.3	0.78～1.51	0.006～0.009
算术平均值	11.0	0.03	8.1	0.9	6.5	1.02	0.008
算术标准差	2.4	0.01	1.2	0.1	1.0	0.29	0.001
平均背景值	11.0	0.03	8.1	0.9	6.5	1.02	0.008
背景值范围	8.5～13.4	0.02～0.04	6.9～9.3	0.7～1.0	5.4～7.5	0.73～1.32	0.006～0.009
南海陆架区沉积物背景值^[21]	54.4	0.18	15.6	7.43	39.3	9.71	0.020
中国浅海沉积物背景值^[22]	65	0.065	20	15	60	7.7	0.025
南海北部陆架区沉积物背景值^[23]	16.9	0.79	23.0	9.0	25.5	−	−
南海深海区沉积物背景值^[24]	149.0	0.21	22.4	54.1	69.3	7.24	0.089
注：−代表无此结果。

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表 5 2009−2017年永兴岛附近海域表层沉积物重金属含量（单位：μg/g）

Tab. 5 Contents of heavy metals in the surface sediments of Yongxing Island and its surrounding sea area from 2009 to 2017（unit: μg/g）

项目		Zn	Cd	Pb	Cu	Cr	As	Hg
2009年	范围	9.1～15.5	未检出～0.04	5.9～9.2	0.7～1.1	4.8～7.3	0.78～1.51	0.006～0.009
	平均值	11.0	0.03	8.1	0.9	6.5	1.02	0.008
	变异系数	0.2	0.3	0.1	0.2	0.5	0.3	0.2
2010年	范围	9.5～ 14.2	未检出～ 0.11	10.4～ 32.9	0.6～ 2.5	未检出～ 9.3	1.64～ 3.33	0.010～ 0.020
	平均值	11.7	0.06	21.0	1.6	5.8	2.45	0.015
	变异系数	0.2	0.6	0.5	0.4	0.5	0.3	0.3
2011年	范围	未检出～14.4	未检出～ 0.28	4.6～ 29.3	1.5～ 4.5	2.4～ 6.7	2.59～ 3.58	0.002～ 0.033
	平均值	10.6	0.16	15.7	2.5	4.3	3.06	0.008
	变异系数	0.4	0.7	0.7	0.4	0.4	0.1	1.5
2012年	范围	未检出～ 128.3	0.05～0.32	3.1～ 27.6	1.4～ 8.8	3.1～ 12.9	1.11～ 2.57	0.004～ 0.016
	平均值	33.7	0.12	12.1	4.1	6.5	1.87	0.007
	变异系数	1.4	0.8	0.7	0.7	0.6	0.4	0.7
2013年	范围	16.6～ 25.5	0.12～ 0.44	3.5～ 8.0	1.0～ 5.8	3.6～ 40.0	2.06～ 10.32	0.008～ 0.015
	平均值	19.5	0.25	5.8	3.3	22.6	5.42	0.011
	变异系数	0.2	0.6	0.3	0.5	0.7	0.6	0.3
2014年	范围	未检出～ 6.1	0.12～ 0.20	5.4～ 13.9	未检出～ 2.6	4.2～ 10.1	2.70～ 4.27	0.024～ 0.035
	平均值	2.3	0.15	8.9	1.6	6.7	3.62	0.030
	变异系数	0.8	0.2	0.4	0.5	0.3	0.2	0.1
2015年	范围	22.9～ 29.3	未检出～ 0.15	3.2～ 24.8	1.6～ 3.5	未检出～ 4.1	0.20～ 0.78	0.002～ 0.009
	平均值	26.1	0.08	13.8	2.3	1.5	0.42	0.004
	变异系数	0.1	0.7	0.7	0.3	1.1	0.5	0.6
2016年	范围	10.1～ 35.6	0.04～ 0.07	23.7～ 52.4	0.8～ 3.6	未检出	2.88～ 4.55	0.015～ 0.020
	平均值	22.9	0.06	42.8	1.5	0.5	3.60	0.018
	变异系数	0.6	0.2	0.3	0.8	0.0	0.2	0.1
2017年	范围	6.2～ 10.9	未检出～ 0.06	14.9～ 38.6	0.5～ 1.2	未检出～ 2.2	1.27～ 2.90	0.004～ 0.011
	平均值	8.5	0.03	26.1	0.9	0.8	1.89	0.008
	变异系数	0.2	0.5	0.3	0.3	0.9	0.3	0.3
多年变化范围		未检出～ 128.3	未检出～0.44	3.1～52.4	未检出～8.8	未检出～40.0	0.20～10.32	0.002～0.035
多年平均值		16.2	0.11	17.1	2.1	6.1	2.59	0.012
《海洋沉积物质量》第一类标准值^[25]		150.0	0.50	60.0	35.0	80.0	20.0	0.20
中国浅海沉积物元素丰度^[21−22]		65	0.065	15	20	60	7.7	0.025

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表 6 2009−2017年永兴岛附近海域表层沉积物重金属潜在生态危害风险指标

Tab. 6 The risk index of potential ecological risk of heavy metals in the surface sediments of Yongxing Island and its surrounding sea area from 2009 to 2017

年份		E_rⁱ							RI
年份		Zn	Cd	Pb	Cu	Cr	As	Hg	RI
2009	最小值	0.83	20.00	3.64	3.89	1.48	7.65	30.00	71.36
	最大值	1.41	40.00	5.68	6.11	2.25	14.80	45.00	106.85
	平均值	1.00	33.33	5.01	4.91	1.99	10.02	38.33	94.59
2010	最小值	0.86	20.00	6.42	3.33	0.31	16.05	50.00	130.10
	最大值	1.29	110.00	20.31	13.89	2.86	32.65	100.00	266.41
	平均值	1.06	61.67	12.97	8.98	1.78	24.04	74.17	184.67
2011	最小值	0.27	20.00	2.84	8.33	0.74	25.39	10.00	86.12
	最大值	1.31	280.00	18.09	25.00	2.06	35.10	165.00	353.65
	平均值	0.96	160.00	9.67	13.98	1.33	29.97	41.25	257.17
2012	最小值	0.27	50.00	1.91	7.78	0.95	10.88	17.50	107.24
	最大值	11.66	320.00	17.04	48.89	3.97	25.20	80.00	441.13
	平均值	3.07	123.33	7.48	22.59	2.01	18.33	33.33	210.15
2013	最小值	1.51	120.00	2.16	5.56	1.11	20.20	40.00	264.70
	最大值	2.32	440.00	4.94	32.22	12.31	101.18	75.00	549.72
	平均值	1.77	251.67	3.60	18.33	6.96	53.12	53.33	388.78
2014	最小值	0.14	120.00	3.33	1.39	1.29	26.47	120.00	315.24
	最大值	0.55	200.00	8.58	14.44	3.11	41.86	175.00	396.07
	平均值	0.21	151.67	5.50	9.12	2.05	35.47	148.33	352.36
2015	最小值	2.08	20.00	1.98	8.89	0.15	1.96	10.00	51.56
	最大值	2.66	150.00	15.31	19.44	1.26	7.65	45.00	230.70
	平均值	2.37	78.33	8.52	12.87	0.45	4.10	20.00	126.64
2016	最小值	0.92	42.68	14.61	4.36	0.15	28.24	75.00	201.20
	最大值	3.24	72.49	32.35	20.14	0.15	44.61	97.50	232.85
	平均值	2.08	55.42	26.39	8.11	0.15	35.32	87.92	215.40
2017年	最小值	0.57	20.00	9.17	2.63	0.15	12.45	20.00	81.43
	最大值	0.99	55.91	23.84	6.41	0.69	28.43	55.00	130.12
	平均值	0.78	33.92	16.12	4.90	0.24	18.55	38.33	112.84
多年变化	最小值	0.14	20.00	1.91	1.39	0.15	1.96	10.00	51.56
	最大值	2.08	120.00	14.61	8.89	1.48	28.24	120.00	315.24
	平均值	1.48	105.48	10.59	11.53	1.89	25.44	59.44	215.84

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