近岸表层沉积物是海域生态环境的重要组成介质。沉积物中重金属污染作为重要的环境质量指标之一，在生态环境的评价和治理、生态风险评估及科学研究等方面受到重点的关注^[1-4]。近岸表层沉积物中重金属的污染来源主要有地表径流、大气沉降和近海直接排污等3个方面^[5-6]。随着沿海城市经济的快速发展，大量的工业垃圾及生活用水直接或间接入海，进入水体中的污染物通过颗粒物的吸附和沉降富集于沉积物中，造成近岸海域的生态环境受到不同程度的影响。开展近岸沉积物重金属的潜在生态风险研究，分析和评价人类活动对海洋生态的影响并预测其发展和演变趋势，不仅为海岸带生态学的发展奠定了基础，也对海洋环境质量改善和海洋生态环境保护具有重要的现实意义^[7-8]。

三亚是国内主要沿海旅游城市之一，海洋旅游经济为其支柱型产业，随着三亚近岸大批的旅游项目投放以及涉海工程建设，近岸海域生态环境的监测、维护和可持续发展对海南国际旅游岛的建设将有重要意义。国内外有关沉积物重金属潜在生态风险评价的研究较多^[9-14]，夏南等对海南岛近岸海域表层沉积物重金属元素含量状况进行了分析^[15]，表明了海南岛近岸海域表层沉积物重金属元素生态风险处于中低水平；李杰等对海南小海沉积物中重金属潜在生态风险进行了评价^[16]，其结果表明As为主要的重金属污染因子；张宇峰等对海南南岸港湾海水和沉积物重金属污染进行了报道^[12]，海南岛亚龙湾、三亚湾、天涯海角海水符合一级标准，沉积物中重金属的形态以残渣态为主，人类的活动对河流污染要大于对海洋的污染。从前人分析来看，海南岛近岸海域水质较好，沉积物中重金属含量处于较低水平。近年来涉海项目大力开发，水产养殖持续繁盛，但涉及海南岛南部近岸海域及重点港湾底质中重金属污染和潜在生态风险的报道还较少。此外，研究区海域原有少量调查数据较为陈旧，不能支撑现今的评价要求。因此，本文对海南岛南部近岸海域表层沉积物中典型重金属进行了分析，采用潜在生态风险指数法探讨了表层沉积物中重金属富集程度^[17]，并对其潜在生态危害进行了评价，旨在对海南岛南部近岸海域环境保护及海岸带环境资源可持续利用提供科学依据。

1 样品来源及实验方法 1.1 样品来源

研究区位于海南岛南部近岸海域(如图 1所示)，东经108.6°～109.4°，北纬18.2°～18.5°，区内主要包含三亚湾、崖州湾和东锣湾以及水深30 m以内海域，主要河流是宁远河和三亚河。沉积物样品为2015年海南省海洋地质调查研究院实施“海南岛海岸带综合地质调查与评价”项目时所采集，采样站位如图 1所示，共49个样品，采样工具为蚌式抓斗，待样品从海底取出后，取其表层0～5 cm，并放入密封袋冰冻保存。所取站位水深均位于30 m以内，沉积物主要以近岸沉积为主，颗粒较粗，部分样品含有大量的贝壳碎屑。

1.2 测试方法

沉积物粒度分析和重金属元素测试在海南省地质测试研究中心完成。测试方法如下：首先取适量原样充分混合均匀后在80 ℃下烘干。对于粒径小于2 000 μm的样品，取干样2.0 g左右,用蒸馏水浸泡并滴加0.05 N六偏磷酸钠，在烧杯中静置24 h，并用超声波振荡仪振荡15 min，直接用Mastersizer 2000型激光粒度仪器测试，其测量范围为0.02～2 000 μm，相对误差小于2%，粒级分辨率为0.01Φ，重复测量相对误差小于3%。对于粒径大于2 000 μm的样品，先称重，然后用传统筛法分析称量，两部分数据利用激光衍射粒度分析仪仿真程序合并获得完整的粒度分布。粒级标准采用尤登-温德华氏等比制Φ值粒级标准，粒度参数计算采用FOLK & WARD参数公式^[18]。

重金属含量测试方法如下：取适量沉积物样品于烘箱内60 ℃烘干，冷却后用玛瑙研钵磨成粉末，称取50 mg于聚四氟乙烯消解罐中，并滴加3 mL浓硝酸、2 mL浓盐酸和2 mL氢氟酸(37%)，将沉积物消化溶解。然后在微波消解器中加热(约200 ℃)，加压(约3 MPa)，当酸完全蒸发后，在蒸干的样品中加入0.5 mL硝酸和4.5 mL超纯水溶解，采用ICPMS测定重金属元素Cr、Cu、Pb、Cd和Zn，元素Hg和As用1∶1王水(1 mL HNO₃、3 mL HCl和4 mL 蒸馏水)在热水浴上加热煮沸，消解1 h，用去离子水稀释定容，测As前用硫脲和苦杏仁酸预还原,用硼氢化钠氢化法测定,测Hg采用冷原子吸收法。

1.3 评价方法

本文评价方法采用单因子污染指数法^[19]、富集因子法^[20-21]和HAKANSON潜在生态风险指数法^[17]，具体方法参见文献。

沉积物重金属背景值采用工业化以前含量值(表 1)，由于本文测试项目无多环芳烃项，少于HAKANSON提出潜在生态风险指数法时的8项，故沉积物重金属污染程度C_d、重金属污染系数C_fⁱ取值范围略有减少，C_d＜5时为低污染，5≤C_d＜10时为中等污染；10≤C_d≤20时为较高污染，C_d＞20时为高污染；C_fⁱ＜1时为低污染，1≤C_fⁱ＜3时为中等污染，3≤C_fⁱ≤6时为较高污染，C_fⁱ＞6为高污染。

富集因子法(EF)中Al元素采用中国大陆架海域背景值^[22]，当EF＜1时为不富集，若EF≈1则该元素来源于地壳风化，若EF＞1，说明该元素相对富集，受到人为活动的影响，由此可评价元素的富集程度。

2 结果与讨论 2.1 沉积物粒度组成及分布特征

海南岛南部近岸表层沉积物中粒级含量分布如图 2所示。经分析测定研究区表层沉积物主要以砂和粉砂为主，部分区域含有较粗颗粒的砾石组分，整个研究区粘土含量相对较小。

研究区海域共有17个站位含有砾石组分(图 2a)，含量变化在0～27.46%之间，高含量(>20%)主要分布在崖州湾近岸海域，最高含量达27.46%。研究区砂含量分布广泛(图 2b)，沉积物中砂粒组分以中、粗砂为主，其含量变化范围为5.60%～99.36%，平均含量达50.55%，大部分区域其含量都高于30%，含量低于30%区域主要分布于角头鼻西南侧近岸和南山角至鹿回头角水深超过20 m的海域。粉砂含量介于0～76.91%之间(图 2c)，平均为35.96%，高含量(>30%)主要分布于望楼港附近海域、角头鼻西南侧近岸以及三亚湾水深超过20 m以外的海域，粉砂与砂含量分布成一定的负相关，在粉砂高含量海区砂含量则相对较少。研究区黏土含量相对较少，黏土含量变化范围为0～24.47%(图 2d)，平均为9.86%，高值区集中于三亚湾水深超过20 m的海域，其分布与粉砂高含量分布近似。研究区表层沉积物主要来源于宁远河和三亚河等入海河流的近岸沉积，其次还包含外来海水带入、沿岸岛屿以及基岩的侵蚀作用等入海沉积^[23-24]。

2.2 重金属含量及分布

海南岛南部近岸表层沉积物重金属含量统计如表 2所示，研究区海域表层沉积物重金属含量总体水平较低，除了重金属As极个别站位含量较高，其他均符合国家海洋沉积物质量一类标准(GB18668—2002)，其底质沉积物重金属污染程度较低。重金属变异系数除了Pb元素以外，均超过50%，表明沉积物中重金属含量在研究区分布差异较大，且在各海湾分布具有不同的特征，相比2007年对南海北部海域的“908”专项调查结果^[25]，本区表层沉积物重金属含量仍低于南海北部平均含量，反映了海南岛南部沉积物中重金属污染程度较轻。

研究区表层沉积物中除了As元素外，其他重金属元素含量呈类似分布(图 3)，其高值区主要集中于东锣湾沿岸、崖州湾和三亚湾东侧水深大于20 m海域。其中，Zn、Cu、Cr、Hg的高值在三个海湾中含量大致相当(图 3a,3b,3e,3g)，而Cd在三亚湾细粒沉积区含量达到最高(图 3c)，Pb在东锣湾明显高于其他海域(图 3d)。此外，As在崖州湾西侧含量明显偏高(图 3f)，最高值达到33.73 mg/kg，其底质主要为宁远河输入的陆源碎屑形成的现代砂质沉积。东锣湾海域沿岸由近及远，重金属含量明显降低，这表明表层沉积物重金属分布主要受陆源污染物的影响，而崖州湾以及三亚湾重金属主要富集于海湾东侧，这可能与细颗粒沉积物对重金属具有较好的吸附性有关^[26-27]，其东侧的南山角与鹿回头角阻挡了强南西向涌流的作用，使得大量细颗粒沉积物沉积于此侧，沉积物底质粒度以黏土和粉砂为主，同时重金属分布也与沿岸水动力条件如强的涌浪和潮汐有关^[28]。

2.3 粒度与重金属含量相关性分析

利用SPSS 22.0统计软件分析表层沉积物样品中粒级组分与重金属间的相关系数，结果见表 3。从表中可以看出，研究区海域沉积物中Zn、Cu、Cd、Pb、Cr、Hg 6种重金属含量与粉砂和黏土等细颗粒沉积物之间具有较好的正相关性，底质沉积物较细时其重金属含量较高，底质为粗颗粒时，重金属含量较低，同时，重金属元素之间也存在极显著的正相关，在一定程度上反映了上述6种重金属具有相似的来源，并且在分布上都受控于沉积物中粒度组分的分布。As含量与粗颗粒如砾、砂呈微弱的正相关，与其他重金属含量呈弱的负相关。同时考虑到沉积物中As的分布具有显著的差异性，可能以点源为主。

2.4 重金属污染综合评价

为了客观评价重金属污染及其潜在风险，本文采用单因子污染指数法、富集因子法和HAKANSON提出的潜在生态风险指数法对海南岛南部近岸海域表层沉积物中重金属污染进行评价。

2.4.1 单因子污染指数法

利用单因子污染指数和综合污染指数对海南岛南部近岸表层沉积物中的重金属污染进行分析，结果表明(表 4)，研究区表层沉积物中重金属单因子污染指数影响依次为As>Cr>Pb>Zn>Cu>Hg>Cd，主要的重金属污染因子为As，其单因子污染指数最大值达到2.25，为中度污染水平，主要位于崖州湾西侧近岸海域，属于局部污染，研究区其他海域均处于轻微污染状态。As富集主要与地质背景、气候条件以及人为影响等因素有关，崖州湾以及宁远河流域植被茂盛，岩石类型以花岗岩、砂岩为主，不利于As元素富集^[29]。崖州湾西侧近岸海域主要为开放式渔场养殖基地，大量的含砷饵料的投放可能是其As元素含量较高的主要原因，同时，沉积物中有机质的吸附作用也不利于As元素的迁移，其次，宁远河下游两侧农田较多，沿岸的水产养殖也十分繁盛，大量的含砷农药的使用以及水产污水的直接排放也可能是造成局部海域As元素含量偏高的原因之一。因此，对重金属元素As的潜在生态风险应该给予足够的重视，但也必须对其他重金属的污染状况给予关注，避免其污染上升。总体看来，研究区表层沉积物单因子污染指数及综合污染指数均显示为低污染状态，反映出研究区海岸带生态环境较好。

2.4.2 富集因子法

重金属富集因子计算结果如表 5所示，从表 5可以看出，总体上重金属富集因子平均含量较低，均小于1，为不富集状态。其中，元素As的平均富集因子数值最大，平均为0.54，而最大值达到2.48，大于1的站位比较集中，主要位于崖州湾西侧近岸海域，其他海域则远小于1，反映出点源污染可能是As元素富集最主要的原因。其余6种重金属元素(Zn,Cu,Cd,Pb,Cr,Hg)平均富集因子均较小，表现为轻微污染。总体来说，研究区海域沉积物中7种重金属元素的富集程度较低，污染状况属于轻度污染范围。

2.4.3 潜在生态风险评价

生态风险系数(E_rⁱ)、潜在生态危害指数(RI)见表 6。

对比沉积物重金属生态危害程度划分标准(表 7)可知：研究区各重金属元素的潜在生态风险系数(E_rⁱ)均小于30；潜在生态危害指数RI最大值为26.48，最小值为8.97，平均值为14.55，也均远远小于100，属于轻微生态危害范畴，表明表层沉积物中重金属元素的污染程度相对较低，沉积物环境质量状况良好。各种重金属的潜在生态危害系数大小顺序为：As>Hg>Cd>Pb>Cu>Cr>Zn，较单因子污染指数排序略有不同，这可能是由于潜在风险系数经过各种重金属的不同毒性系数的放大而产生的效应。

总体来说，海南岛南部近岸海域表层沉积物中重金属元素的污染指数和富集程度都属较低，潜在生态风险也都属于轻微的生态危害，反映出研究区海域生态环境较好。研究区主要位于三亚近岸海域，而三亚是一个以旅游为支柱经济的滨海城市，工业发展受到严格限制，三亚发展历史也相对较短，城市人口相对较少，污染较低。但随着城镇化进展城镇人口不断增多，工业化进程不断加快，沿海城市大量的商业开发以及惠民工程的施工，局部海域已出现污染状况，因此也需要提供有效且及时的环境保护制度和对已污染的海洋环境的修复措施来维护生态环境的可持续发展。

3 结论

(1)研究区表层沉积物主要以砂和粉砂为主。黏土含量相对较少，其高值区(＞20%)主要集中于三亚湾水深超过20 m的海域，分布与粉砂高含量近似。

(2)从相关性分析可知，Zn、Cu、Cd、Pb、Cr、Hg 6种重金属元素之间具有明显的正相关性，同时与粉砂和黏土等细颗粒沉积物都具有显著的正相关，而As与其他重金属呈弱的负相关，表明As元素与其他重金属元素可能具有不同的来源。

(3)重金属潜在生态危害指数的评价结果表明，海南岛南部近岸表层沉积物中的重金属对海洋生态系统的危害非常轻微，各种重金属的潜在生态危害系数大小顺序为As>Hg>Cd>Pb>Cu>Cr>Zn，其潜在生态风险指数RI平均值为14.55，属于轻微的潜在生态危害。