全 文 ：第 32 卷 第 2 期 生 态 科 学 32(2): 212-217
2013 年 3 月 Ecological Science Mar. 2013
收稿日期：2012-10-15 收稿，2013-01-10 接受
基金项目：国家海洋局基本科研业务费专项资金资助项目(海三科 2009062)
作者简介：马丽（1978—），女，在读博士生，高级工程师，主要从事海洋环境影响评价与管理科学研究；
*通讯作者，陆志强，E-mail: zqlu@jmu.edu.cn

马丽，李吉鹏，陆志强. 厦门杏林湾表层沉积物重金属污染特征及潜在生态风险评价[J]. 生态科学, 2013, 32(2)：212-217.
MA Li, LI Ji-peng, LU Zhi-qiang. Pollution characteristics and potential ecological toxicity assessment of heavy metals in surface
sediments of Xinglin Bay, Xiamen[J]. Ecological Science, 2013, 32(2)：212-217.

厦门杏林湾表层沉积物重金属污染特征及潜在生态
风险评价
马丽 1，李吉鹏 2，陆志强 2*
1.国家海洋局第三海洋研究所, 福建, 厦门 361005
2.集美大学水产学院, 福建, 厦门 361021

【摘要】论文对杏林湾表层沉积物重金属、有机碳和硫化物含量进行了检测，对数据作了相关性分析和因子分析，并应用
潜在生态危害指数法对重金属的潜在生态风险进行了评价。结果表明：重金属之间有显著的相关性，Cu与Ni、Pb与Ni、Pb
与Cr以及Cr与Hg之间的相关系数分别为0.786（P﹤0.05）、0.783（P﹤0.05）、0.937（P﹤0.01）和0.770（P﹤0.05）。重
金属与有机碳及硫化物的相关性较差，表明该地区重金属污染来源与硫化物和有机碳并不相同。既有人为输入，又有自然
的沉积过程。因子分析进一步解释了该水域重金属污染的主要来源。根据E ir 均值大小，Hg的危害风险最大，Cr最小。6种
重金属潜在生物毒性风险大小依次为：Hg > Pb > Cu > Cd > Ni > Cr。重金属的生态危害程度均较小，尚属轻微生态危害。
关键词: 杏林湾；重金属污染；生态风险；评价
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2013.02.013 中图分类号：X82 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2013)02-212-06
Pollution characteristics and potential ecological toxicity assessment of heavy
metals in surface sediments of Xinglin Bay, Xiamen
MA Li1, LI Ji-peng2, LU Zhi-qiang2
1. Third Institute of Oceanography, SOA, Xiamen 361005, China
2. Fisheries College of Jimei University, Xiamen 361021, China
Abstract: Concentration data of heavy metals, organic carbon and sulfides in surface sediments of Xinglin Bay were processed
using correlation analysis and factor analysis. Highly positive linear correlations among concentrations of heavy metals were
observed: Cu with Ni(r=0.786, P﹤0.05), Pb with Ni(r=0.783, P﹤0.05), Pb with Cr(r=0.937, P﹤0.01) and Cr with Hg(r=0.770, P
﹤0.05). The results showed some lowly positive or negative correlations among heavy metals, organic carbon and sulfides. The
results also indicated that heavy metals in sediments of Xinglin Bay had different anthropogenic sources and natural
postdepositional processes from organic carbon and sulfides. The main sources of heavy metals in sediments were further explained
by factor analysis. The potential ecological toxicity of heavy metals in Xinglin Bay was assessed based on index of potential
ecological risk. Concentrations of these heavy metals posed a low potential ecological risk and had a low probability of being
associated with adverse biological effects. The sequence of the degree of their potential ecological risks based on the average
potential ecological risk factors (E ir ) was: Hg > Pb > Cu > Cd > Ni > Cr.
Key words: Xinglin Bay; heavy metals pollution; ecological risk; assessment
2 期 马丽，等. 厦门杏林湾表层沉积物重金属污染特征及潜在生态风险评价

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1 前言（Introduction）

杏林湾地处福建省厦门市北部集美区后溪、集美
镇和杏林工业区环抱地带。二十世纪中期围海修筑杏
集海堤后，由天然海湾逐渐演变成现在的封闭水域。
杏林湾承担接纳后溪流域和周边汇水区生活污水、工
业废水、库区内水产养殖污水。目前该水域现状功能
为一般工业用水、人体非直接接触娱乐用水，兼作农
灌。随着厦门市海湾型城市建设步伐向岛外的逐步推
进，环绕杏林湾的区域已成为开发重点。因此，该地
区面临的环境压力也逐渐增大。由于重金属是一类具
有累积效应、毒性较强的环境污染物，不能通过土壤、
水体的自净作用去除，所以可在水体和沉积物中蓄积
并通过农灌进入食物链，破坏生态环境进而威胁人类
健康[1]。此外，重金属的污染状况主要由沉积物中重
金属的含量水平来反映[2-4]。有关厦门杏林湾重金属
污染的研究尚未见报道。本研究对杏林湾表层沉积物
重金属分布特征进行了分析和评价，以期为该区域重
金属污染的风险管理与污染防治提供科学依据。
2 材料与方法（Materials and methods）
2.1 样品采集与分析
样品采集在厦门杏林湾水域共设 6 个站位（表
1），站位如图 1。应用抓斗式采泥器采集底泥，用塑
料勺取其中央未受干扰的表层 0~2 cm 泥样于聚乙烯
袋中，0~4 ℃下保存，回实验室待测。样品预处理和
分析方法均参照《海洋监测规范》（GB17378.5-1998）。
Cu、Ni、Pb、Cr 和 Cd 采用原子吸收分光度法，Hg
采用冷原子吸收光度法。有机碳和硫化物则分别采用
重铬酸钾氧化-还原反应法和碘量法。
表 1 厦门杏林湾采样站位经纬度
Table 1 The latitude and longitude position of sampling sites
in Xinglin Bay, Xiamen
站位
Station
经度
Longitude(E)
纬度
Latitude(N)
1 118°0404.6" 24°3545.4"
2 118°0423.0" 24°3515.0"
3 118°0424.0" 24°3450.0"
4 118°0342.1" 24°3445.2"
5 118°0435.3" 24°3420.0"
6 118°0356.9" 24°3426.1"


图 1 厦门杏林湾采样站位
Fig. 1 Sampling sites in Xinglin Bay, Xiamen

1
4
6
2
3
5
生 态 科 学 Ecological Science 32 卷

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2.2 潜在生态危害指数法
参照 Häkanson(1980)提出的沉积物中金属污染
物的潜在生态危害指数法[5]评估重金属的潜在危害。
该方法计算公式为：
E i
n
i
r
i
C
TCi
r =
RI=∑
=
m
i
i
rE
1

式中， T ir 和 E ir 分别为第 i 种重金属毒性系数和
潜在生态危害系数；C i 为重金属实测浓度值； C in 为
参考值，采用工业化以前沉积物中重金属最高背景值
[6]；RI 则为描述多种重金属潜在危害的综合指数。沉
积物中重金属的参考值和毒性系数见表 2。
当 E ir <25 或 RI<95 为轻微生态危害；25≤E ir <50
或 95≤RI<192 为中等生态危害；50≤E ir <100 或
190≤RI<380为生态危害强；100≤E ir <200或RI≥380
为生态危害很强；E ir ≥200 为生态危害极强[7]。

表 2 沉积物中重金属的参考值和毒性系数
Table 2 Background and toxicity coefficient of heavy metals
in sediment
重金属元素
Heavy metal Cu Pb Ni Cd Cr Hg
C in (mg·kg
-1) 30 25 40 0.5 60 0.2
T ir 5 5 2 30 2 40
3 结果与讨论（Results and discussion）
3.1 重金属污染特征
杏林湾表层沉积物中重金属、硫化物和有机碳含
量如表 3 所示。各测站 Cu、Ni、Pb、Cr、Cd 和 Hg
含量均值分别为 27.0、31.9、45.5、28.5、0.0467 和
0.063 mg/kg。重金属含量水平高于广西近海[8]，与大
亚湾非常接近[9]，而低于珠江[10]、珠江口[11]以及汕头
湾[12]。硫化物含量范围 292~2 840 mg/kg，均值为 1 042
mg/kg。有机碳含量范围 1.40~2.78%，均值为 1.93%。


表 3 厦门杏林湾表层沉积物中重金属、硫化物和有机碳含量
Table 3 Concentrations of heavy metals, organic carbon and sulfides in surface sediments of Xinglin Bay, Xiamen
站位 Station Cu Ni Pb Cr Cd Hg 硫化物
Sulfides
有机碳
Organic carbon
1 35.8 40.3 46.2 26.7 0.0545 0.041 326 1.85
2 28.7 34.6 46.4 27.7 0.0947 0.055 1490 1.97
3 31.0 35.6 44.7 26.0 0.0606 0.063 866 2.06
4 23.6 25.0 36.1 26.9 0.00921 0.066 292 1.40
5 24.5 40.5 65.1 44.7 0.0380 0.095 437 1.52
6 18.3 15.6 34.5 18.9 0.0233 0.060 2840 2.78
均值 Average 27.0 31.9 45.5 28.5 0.0467 0.063 1042 1.93
注:重金属和硫化物含量单位为 mg/kg,有机碳为%
The unit of heavy metals and sulfides concentration is mg/kg; the unit of organic carbon is %.
表 4 厦门杏林湾表层沉积物中重金属相关系数矩阵
Table 4 Correlation matrix of heavy metals in surface sediments of Xinglin Bay, Xiamen
变量
Component
Cu Ni Pb Cr Cd Hg
硫化物
Sulfides
Ni 0.786*
Pb 0.247 0.783*
Cr 0.081 0.668 0.937**
Cd 0.599 0.548 0.289 0.044
Hg -0.494 0.111 0.626 0.770* -0.325
硫化物 Sulfides -0.584 -0.718 -0.454 -0.577 0.032 -0.168
有机碳 Organic carbon -0.311 -0.577 -0.469 -0.676 0.090 -0.363 0.919**
** Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed). * Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed).

2 期 马丽，等. 厦门杏林湾表层沉积物重金属污染特征及潜在生态风险评价

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杏林湾表层沉积物中 Cu、Ni、Pb、Cr、Cd、Hg、硫
化物和有机碳含量之间的皮尔逊相关系数列于表 4。
一些重金属含量之间存在着显著的相关关系，例如：
Cu 与 Ni(r = 0.786)、Pb 与 Ni(r = 0.783)、Pb 与 Cr(r =
0.937)、Cr 与 Hg (r = 0.770)。这一定程度上反映了这
几种重金属的污染同源性。重金属含量与硫化物以及
有机碳之间的相关系系数均为负值，而硫化物与有机
碳之间相关系数则较高(r = 0.919)。一些研究报道，
沉积物中有机质对重金属元素含量分布以及迁移转
换过程起到关键作用，并且两者具有显著的相关性
[13-16]。但也有报道，沉积物中有些重金属含量与有机
碳并无相关性[2,9,17]，与本研究结果一致。一方面，
这表明该地区重金属污染来源与硫化物及有机碳并
不相同，除了人为输入外，可能还有自然的沉积过程
引起的金属元素循环与再分配[14] 。另一方面，也说
明沉积物中有机物结合态重金属与有机碳结合的趋
势并不明显[18]。
为了进一步分析沉积物中各化学变量之间的相
关性，因子分析可以得到更可靠的有关[2,19,20]。表 5
和图 2 总结了厦门杏林湾表层沉积物中最大方差因
子分析的结果。在统计数据中，特征值大于 1 的有 3
个因子，其累计方差贡献率达 96.2%。因子 1 方差贡
献率为 52.7%，主要特征为 Cr 的载荷较高，其次为
Hg 和 Pb，这 3 种重金属主要来自水域周边电子电气
产品生产企业。因子 2 方差贡献率为 28.5%，主要特
征为硫化物的载荷较高，其次为有机碳，这与杏林湾
水产养殖密度较高有关。大量的残饵和鱼类排泄物沉
淀到海底，可使底质中有机质含量增加。在夏季高温
的气候条件下，有机质分解消耗了大量的氧，使得底
泥处于厌氧状态而为异养细菌的生长繁殖提供了大
量能量和碳源。异养细菌将有机质分解转化为 H2S
和 NH3，从而引起底质中硫化物含量升高[21]。因子 3



注：S 代表硫化物，OC 代表有机碳
S means sulfides and OC means organic carbon
图 2 厦门杏林湾表层沉积物中因子 1、因子 2 和因子 3 分析
结果
Fig. 2 Results of factor 1 (a), factor 2 (b) and factor 3 (c) in
surface sediments of Xinglin Bay, Xiamen

表 5 厦门杏林湾表层沉积物中各化学参数的因子分析
Table 5 Factor analysis of surface sediments loading with chemical parameters in Xinglin Bay, Xiamen
变量
Component
公因子方差
Communalities
因子
Factor
特征值
Eigenvalue
方差贡献率(%)
Variance (%)
累计方差贡献率(%)
Cumulative (%)
Cu 0.969 1 4.214 52.671 52.671
Ni 0.987 2 2.283 28.536 81.207
Pb 0.972 3 1.196 14.948 96.155
Cr 0.991
Cd 0.898
Hg 0.962
硫化物 0.996
有机碳 Organic carbon 0.917
Extraction Method: Principal Component Analysis. Rotation method: Varimax with Kaiser normalization
注：表中只显示特征值大于1的因子分析结果 Only factors with eigenvalue greater than 1 were showed in this table
生 态 科 学 Ecological Science 32 卷

216
表 6 厦门杏林湾表层沉积物中重金属潜在生态危害系数(E ir )和危害指数(RI)
Table 6 Potential ecological risk factors (E ir ) and risk indices (RI) of heavy metals in surface sediments of Xinglin Bay, Xiamen
站位
Station Cu Ni Pb Cr Cd Hg
RI
Risk indices
1 5.97 2.02 9.24 0.89 3.27 8.20 29.58
2 4.78 1.73 9.28 0.92 5.68 11.00 33.40
3 5.17 1.78 8.94 0.87 3.64 12.60 32.99
4 3.93 1.25 7.22 0.90 0.55 13.20 27.05
5 4.08 2.03 13.02 1.49 2.28 19.00 41.90
6 3.05 0.78 6.90 0.63 1.40 12.00 24.76
均值 Average 4.50 1.60 9.10 0.95 2.80 12.67 31.61

高。总的来看，相关性分析与因子分析的结果是一致
的。

3.2 重金属潜在生态风险评价
依据潜在生态危害系数(E ir )或危害指数(RI)等级
划分，当 E ir <40 或 RI<150 为轻微生态危害；
40≤E ir <80 或 150≤RI<300 为中等生态危害；
80≤E ir <160 或 300≤RI<600 为 生 态 危 害 强 ；
160≤E ir <320 或 RI≥600 为生态危害很强；E ir ≥320 为
生态危害极强。重金属潜在生态危害系数(E ir )和危害
指数(RI)如表 6。Cu 的 E ir 为 3.05~5.97，均值为 4.50；
Ni 为 0.78~2.03，均值为 1.60。Pb 为 6.90~13.02，均
值为 9.10；Cd 为 0.55~5.68，均值为 2.80；Cr 为
0.63~1.49，均值为 0.95；Hg 为 8.20~19.00，均值为
12.67；RI 范围为 24.76~41.90，均值为 31.61。研究
结果表明杏林湾表层沉积物重金属的生态危害程度
均较小，尚属轻微生态危害。根据 E ir 均值大小，Hg
的危害风险最大，Cr 最小。据报道，Hg 在中国主要
水系沉积物中危害风险均较高[22]。6 种重金属潜在生
物毒性风险大小依次为：Hg > Pb > Cu > Cd > Ni >
Cr。

4 结论 (Conclusion)

杏林湾表层沉积物中重金属之间有显著的相关
性，Cu 与 Ni、Pb 与 Ni、Pb 与 Cr 以及 Cr 与 Hg 之
间的相关系数分别为 0.786、0.783、0.937 和 0.770。
这一定程度上反映了这几种重金属的污染同源性。重
金属与有机碳及硫化物的相关性较差，表明该地区重
金属污染来源与硫化物及有机碳并不相同，既有人为
输入，又有自然的沉积过程引起的金属元素循环与再
分配。
杏林湾表层沉积物重金属危害指数 (RI)范围
24.76~41.90，均值为 31.61。生态危害程度较小，尚
属轻微生态危害。
根据 E ir 均值大小，Hg 的危害风险最大，Cr 最
小。6 种重金属潜在生物毒性风险大小依次为：Hg >
Pb > Cu > Cd > Ni > Cr。

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