舟山海域和杭州灣北岸水體及生物體內(nèi)的重金屬污染分析與評價(jià)

李娟英，崔昱，肖利，吳惠仙，薛俊增

（上海海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306）

近海沿岸和河口是人類理想的居住地，同時(shí)也是受納人類活動(dòng)污染物最多的區(qū)域。舟山群島位于我國東南沿海，長江口南側(cè)，杭州灣外緣的東海洋面上，是國內(nèi)南北航線和江海聯(lián)運(yùn)的樞紐地帶，海上交通運(yùn)輸業(yè)極為發(fā)達(dá)，擁有世界大港之一的洋山港。作為海運(yùn)和水運(yùn)的交接點(diǎn)，船舶的掛靠以及貨物集疏運(yùn)輸工具的使用會(huì)對港口環(huán)境產(chǎn)生大量的污染物，如重金屬、油類等，造成港口及其鄰近海域污染（薛俊增等，2011）。杭州灣緊鄰舟山海域，洋山港的船舶貨運(yùn)、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、污染物遷移等眾多因素都將對周邊海域產(chǎn)生影響；反之，周邊海域的狀況也會(huì)影響洋山港的建設(shè)和運(yùn)作，而洋山港建設(shè)和開港后對舟山及其鄰近海域海水污染的研究比較缺乏，因此本文著重對上述海域海水及海洋生物（藤壺和僧帽牡蠣） 體內(nèi)重金屬污染狀況開展了調(diào)查和評價(jià)。

藤壺廣泛分布于巖相潮間帶，營固著生活，是研究海洋環(huán)境重金屬在生物體內(nèi)積累的良好材料。日本笠藤壺（Tetraclita japonica） 是舟山群島潮間帶的廣布種，個(gè)體容易采集。白脊管藤壺（Fistulobalanus albicostatus） 大量分布在潮間帶沿岸，對重金屬污染有較高的敏感性（張語克等，2007）。僧帽牡蠣（Ostrea cucullata） 是我國潮間帶常見的一種牡蠣，舟山各島嶼沿岸均有發(fā)現(xiàn)，以殼固著在巖礁石上生活，以中潮帶最多，對一些重金屬有較強(qiáng)的富集作用（柯才煥等，2002；李磊等，2010）。本文選取藤壺和牡蠣作為生物代表，就舟山海域和杭州灣北岸的海水和生物體內(nèi)的重金屬進(jìn)行了分析與評價(jià)，以期為該海域環(huán)境質(zhì)量的管理和評價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)布設(shè)

2011年8月大潮期間在舟山海域和杭州灣北岸的采樣點(diǎn)如圖1 所示，各采樣點(diǎn)均采集一次樣品。

1.2 采樣方法

據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范》 （GB/T 12763-2007） 采樣要求，在舟山海域進(jìn)行海水、生物樣品（日本笠藤壺和白脊管藤壺） 的采集；在杭州灣北岸進(jìn)行海水、生物樣品（僧帽牡蠣） 的采集；并帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行后續(xù)分析測定。

圖1 舟山海域和杭州灣采樣點(diǎn)分布圖

生物樣品采集方法：用潔凈不銹鋼鏟子和鐵錘（外層均用塑料膠帶包裹），在每個(gè)樣點(diǎn)低潮帶以上的天然礁石上分別鏟下15 個(gè)大小一致的藤壺或牡蠣個(gè)體，裝入經(jīng)過稀硝酸溶液浸泡過并用去離子水沖洗過的聚乙烯塑封袋，并迅速轉(zhuǎn)移到便攜冰盒低溫（4 ℃） 保存。在實(shí)驗(yàn)室中用潔凈聚乙烯刀將藤壺或牡蠣肉質(zhì)部分取出，并隨機(jī)將每個(gè)樣點(diǎn)的藤壺或牡蠣肉質(zhì)部分分成3 組，每組5 只。將每組樣品進(jìn)行稱重，記下重量數(shù)據(jù)，然后冷凍干燥至恒重（兩次稱量重量相差不超過總重量的0.5%），記下最后重量數(shù)據(jù)。用瑪瑙研缽將冷凍干燥后的藤壺或牡蠣樣品研磨粉碎，過80 目篩，粉末用潔凈標(biāo)本瓶裝好，放入-20 ℃冰箱冷凍保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 重金屬測定指標(biāo)及分析監(jiān)測方法

1.3.1 樣品前處理 海水及生物樣品的前處理方法詳見參考文獻(xiàn)（肖利，2011）。

1.3.2 分析測定方法 As，Hg 測定采用AFS-9130順序注射雙道原子熒光光度計(jì)，Cu、Pb、Cd 測定采用TAS990 原子吸收分光光度計(jì)，Cr 測定采用GBC932plus 原子吸收光譜儀。生物樣重金屬測量結(jié)果準(zhǔn)確度分別采用貽貝成分分析標(biāo)準(zhǔn)樣品（GBW 08571） 評估，回收率在80%～110%之間，精密度控制在10%以內(nèi)。

2 結(jié)果與討論

2.1 表層海水中重金屬含量分析

監(jiān)測海域表層海水中重金屬含量如表1 所示。將數(shù)據(jù)按照I 類海水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行單因子評價(jià)的結(jié)果如圖2 所示。用綜合污染指數(shù)法（WQI） 對所有樣點(diǎn)進(jìn)行分析如表2 所示，然后用SPSS15.0 根據(jù)WQI 得出的結(jié)論進(jìn)行聚類分析結(jié)果如圖3 所示。

表1 監(jiān)測海域表層海水重金屬含量（單位：μg·L-1）

圖2 監(jiān)測海域表層海水重金屬單因子評價(jià)

表2 監(jiān)測海域表層海水重金屬綜合污染指數(shù)評價(jià)

圖3 監(jiān)測海域表層海水重金屬綜合污染指數(shù)評價(jià)聚類分析

由圖3 可知，舟山海域和杭州灣北岸表層海水綜合污染程度可以分為三大類，第一類樣點(diǎn)是小洋、大洋、朱家尖、岱山、蘆潮港和南匯嘴，綜合污染程度相對嚴(yán)重；第二類樣點(diǎn)是衢山、金山和乍浦，綜合污染程度中等；第三類樣點(diǎn)是嵊泗、枸杞和海鹽，綜合污染程度相對較輕。

用SPSS 15.0 對兩個(gè)海域分別進(jìn)行重金屬指標(biāo)的聚類分析，結(jié)果為舟山海域Hg 為一類，污染相對較重，Cu、Cd、Pb、Cr 和As 為另一類，污染相對較輕；杭州灣北岸Hg 和Pb 為一類，污染相對較重，Cu、Cd、Cr 和As 為另一類，污染相對較輕。結(jié)果表明，兩個(gè)海域重金屬污染情況略有差異，這與海域不同的地理位置及使用功能密切相關(guān)。舟山海域主要的污染物為Hg，其中洋山港所在的小洋樣點(diǎn)表層海水中Hg 的含量高于其他樣點(diǎn)。佟俊旺等（2011） 的研究表明多數(shù)碼頭表層海水和深層海水會(huì)不同程度地受到Hg 污染，王衛(wèi)平等（2010） 的研究認(rèn)為石油中Hg 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)數(shù)千μg/kg。所以小洋樣點(diǎn)表層海水的Hg污染可能是由于大型船舶的中轉(zhuǎn)和停靠過程中導(dǎo)致的海洋溢油而造成的。而曹宏梅等（2009） 研究2002年舟山海域水質(zhì)的報(bào)道中指出，舟山海域水質(zhì)情況控制良好，未因船舶數(shù)量增長等因素惡化，說明近幾年隨著航運(yùn)業(yè)的快速發(fā)展，對該海域中重金屬污染的影響已經(jīng)逐步顯現(xiàn)。

杭州灣北岸的主要污染物為Hg 和Pb，其中金山、蘆潮港和南匯嘴等樣點(diǎn)表層海水中Pb 和Hg的含量相對較高，可能與金山石化、奉新等工業(yè)區(qū)的廢水排放有關(guān)。在金衛(wèi)紅等（2003） 對杭州灣的研究中也得出相同重金屬污染特征的結(jié)論，研究指出化工廢水經(jīng)常規(guī)生活污水廠處理后直接排入河海是造成鉛汞堆積的直接原因。

2.2 生物體內(nèi)重金屬含量分析

2.2.1 舟山海域兩種藤壺體內(nèi)重金屬含量與評價(jià)舟山海域日本笠藤壺和白脊管藤壺體內(nèi)重金屬含量如表3 所示。

由表可知，舟山海域兩種藤壺體內(nèi)各重金屬含量的順序均為：Cu＞Pb＞Cr＞Cd＞As＞Hg，其中Cu的含量平均值分別達(dá)到13.11 和18.33，遠(yuǎn)大于位列次席的Pb，這是因?yàn)镃u 為生理必需元素，未經(jīng)重金屬污染的生物體已含有Cu，所以生物體內(nèi)的Cu 并不完全是生物對環(huán)境的富集所造成的，而其他元素為生理非必需元素，生物本底值小，體內(nèi)的高含量是由于生物對環(huán)境的富集作用造成的（莊樹宏等，1998）。對兩種藤壺體內(nèi)重金屬水平的差異性檢驗(yàn)的結(jié)果表明，除了As 之外，其他5種重金屬在兩種藤壺體內(nèi)含量均無顯著差異（P＞0.05）。

表3 舟山海域藤壺體內(nèi)重金屬含量（單位：mg·kg-1）

根據(jù)表內(nèi)數(shù)據(jù)，按照海洋生物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的三級標(biāo)準(zhǔn)為參照進(jìn)行單因子評價(jià)，評價(jià)結(jié)果如圖4所示。由圖可知，6 種重金屬在兩種藤壺體內(nèi)以Hg 的污染最為嚴(yán)重，小洋、朱家尖、衢山和岱山采樣點(diǎn)處于劣Ⅲ類水平，其次是Pb，處于Ⅱ類到Ⅲ類之間，Cu、Cr 和Cd 處于Ⅰ類到Ⅱ類之間，As的污染程度最輕，處于Ⅰ類水平。與他人報(bào)道的舟山海域貝類體內(nèi)Hg 含量最高的紫貽貝為0.032 mg/kg（徐韌等，2007），與貝類體內(nèi)Hg 含量范圍僅為0.001～0.002 mg/kg（曹宏梅等，2009）相比，本文中Hg 在兩種藤壺體內(nèi)的含量和污染程度極高，相比于貝類則高出幾十甚至幾百倍，說明在舟山海域，這兩種藤壺比貝類遭受更嚴(yán)重的Hg污染，這也更能整體地反映出舟山海域表層海水中的Hg 污染情況。

圖4 舟山海域藤壺體內(nèi)重金屬單因子評價(jià)

用SPSS 15.0 對兩種藤壺體內(nèi)重金屬含量進(jìn)行聚類分析結(jié)果如圖5 所示。由圖可知，舟山海域兩種藤壺體內(nèi)重金屬的污染程度可以分為三大類，第一類樣點(diǎn)是小洋和岱山，重金屬污染相對嚴(yán)重；第二類樣點(diǎn)是大洋，重金屬污染中等，第三類樣點(diǎn)是嵊泗、枸杞、朱家尖和衢山，重金屬污染相對較輕。兩種藤壺體內(nèi)主要污染物為Hg，與舟山海域表層海水的主要污染物一致。小洋和岱山樣點(diǎn)表層海水Hg 含量高于其他樣點(diǎn)，并使對應(yīng)樣點(diǎn)藤壺體內(nèi)Hg 污染最嚴(yán)重。Laura 等（2005） 的研究結(jié)果表明生物體內(nèi)重金屬污染程度與海水中重金屬的濃度，尤其是采樣點(diǎn)海水中重金屬的生物可利用性密切相關(guān)，不同的水文條件導(dǎo)致的海水pH、有機(jī)物含量、鹽度、氧化還原電位以及沉積物粒度等相關(guān)因素也存在較大差別，從而影響生

圖4 舟山海域藤壺體內(nèi)重金屬單因子評價(jià)物對水中重金屬的富集量。因此進(jìn)一步研究不同海域中重金屬的存在形態(tài)及生物可利用性對更深刻地理解重金屬在生物體內(nèi)的含量和富集具有重要作用。

圖5 兩種藤壺體內(nèi)重金屬含量聚類分析

2.2.2 杭州灣北岸僧帽牡蠣體內(nèi)重金屬含量與評價(jià)

杭州灣北岸僧帽牡蠣體內(nèi)重金屬含量如表4所示。由表可知，杭州灣北岸僧帽牡蠣體內(nèi)重金屬含量的順序?yàn)椋篊u＞Cd＞Pb＞As＞Cr＞Hg，僧帽牡蠣體內(nèi)Cu 含量最高，Hg 含量最低，同樣符合生理必需元素含量高于非必需元素的規(guī)律。比較大洋小洋兩個(gè)樣點(diǎn)的僧帽牡蠣和兩種藤壺體內(nèi)重金屬的含量可知，兩種生物體內(nèi)重金屬污染特征存在較大差異，這是因?yàn)樯矬w內(nèi)重金屬的富集與生物種類密切相關(guān)。Rosa 等（2012） 的研究結(jié)果表明，重金屬在生物體內(nèi)的富集程度與物種種類密切相關(guān)，且主要是與重金屬進(jìn)入生物體內(nèi)的分配機(jī)制有關(guān)，而這種胞內(nèi)分配機(jī)制不僅指示著生物體在重金屬脅迫下的應(yīng)答機(jī)制，同時(shí)也決定著重金屬進(jìn)入生物體內(nèi)的生物毒性。

將表內(nèi)數(shù)據(jù)按照海洋生物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的三級標(biāo)準(zhǔn)為參照進(jìn)行單因子評價(jià)的結(jié)果如圖6 所示。

圖6 杭州灣北岸僧帽牡蠣體內(nèi)重金屬單因子評價(jià)

由圖可知，杭州灣北岸僧帽牡蠣體內(nèi)的6 種重金屬以Cu 的污染最為嚴(yán)重，杭州灣北岸所有采樣點(diǎn)均處于劣Ⅲ類水平，Cd、Pb、As 和Hg 處于Ⅰ類到Ⅱ類之間，Cr 的污染程度最輕，處于Ⅰ類水平。值得注意的是，雖然Cu 是生理必需重金屬，但如過量仍會(huì)對生物產(chǎn)生較大的毒性。而僧帽牡蠣所在的杭州灣北岸海水中Cu 污染并不嚴(yán)重，均沒有超過I 類海水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，說明僧帽牡蠣體內(nèi)過高的Cu 含量應(yīng)該是從環(huán)境中富集而來。這與陳海剛等(2008) 的研究的結(jié)論雙殼類軟體動(dòng)物（如牡蠣） 對Cu、Zn、Cd 等有較高的富集能力相吻合。

用SPSS 15.0 對僧帽牡蠣內(nèi)重金屬含量進(jìn)行聚類分析結(jié)果如圖6 所示。由圖可知，杭州灣北岸僧帽牡蠣體內(nèi)重金屬的污染程度可以分為三大類，第一類樣點(diǎn)是海鹽，重金屬污染相對嚴(yán)重；第二類樣點(diǎn)是南匯嘴，重金屬污染中等，第三類樣點(diǎn)是蘆潮港、小洋、大洋、金山和乍浦，重金屬污染相對較輕。這與之前杭州灣北岸表層海水的重金屬污染評價(jià)有較大出入，主要是因?yàn)樵摵Ｓ虮韺雍Ｋ闹饕廴疚餅镠g 和Pb，而對應(yīng)的僧帽牡蠣體內(nèi)主要污染物為Cu，它們都在各自的評價(jià)體系中起主導(dǎo)作用，但表層海水與生物體內(nèi)的Cu 與Pb，Hg 都沒有顯著的相關(guān)性（用SPSS 15.0 進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)），所以導(dǎo)致了表層海水與生物體內(nèi)重金屬污染評價(jià)結(jié)論不一致。

表4 杭州灣北岸僧帽牡蠣體內(nèi)重金屬含量（單位：mg·kg-1）

圖7 僧帽牡蠣內(nèi)重金屬含量聚類分析

對杭州灣北岸表層海水主要污染物之一的Hg與該海域僧帽牡蠣體內(nèi)的Hg 含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，兩者相關(guān)性極顯著（P＜0.01）。黃玉瑤等的研究表明，由于J 河河蜆體內(nèi)Hg 含量與底泥Hg 含量之間存在極顯著相關(guān)性，所以河蜆可作為該河口重金屬污染的指示生物（黃玉瑤 等，1979）。所以在本研究中，由兩者極顯著的相關(guān)性就可以認(rèn)為僧帽牡蠣可以作為杭州灣北岸表層海水Hg 污染的指示生物。

3 結(jié)語

（1） 舟山海域和杭州灣北岸表層海水污染較嚴(yán)重的樣點(diǎn)為小洋、大洋、朱家尖、岱山、蘆潮港和南匯嘴。舟山海域表層海水中主要污染物為Hg，杭州灣北岸表層海水中主要污染物為Hg 和Pb。

（2） 舟山海域日本笠藤壺和白脊管藤壺體內(nèi)Hg 超標(biāo)情況最為嚴(yán)重，空間上以小洋和岱山的兩種藤壺體內(nèi)重金屬污染最為嚴(yán)重，與該兩點(diǎn)表層海水中Hg 含量最高相對應(yīng)。兩種藤壺在各樣點(diǎn)受到污染程度不同，這與不同區(qū)域海水中重金屬的生物可利用性密切相關(guān)。

（3） 杭州灣北岸僧帽牡蠣體內(nèi)重金屬含量以Cu 含量為最高，且嚴(yán)重超標(biāo)?？臻g上以海鹽和南匯嘴的僧帽牡蠣體內(nèi)重金屬污染最為嚴(yán)重。大洋和小洋樣點(diǎn)僧帽牡蠣與藤壺體內(nèi)重金屬污染特征相比有較大差異，這與物種不同而導(dǎo)致重金屬進(jìn)入生物體內(nèi)的分配機(jī)制差異有關(guān)。

（4） 杭州灣北岸僧帽牡蠣體內(nèi)Hg 含量與其對應(yīng)海域表層海水Hg 含量呈極顯著相關(guān)性，說明僧帽牡蠣可作為該海域表層海水中Hg 污染的指示生物。

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