夏季廣西北部灣近岸海域海水和表層沉積物中重金屬污染現(xiàn)狀及評價(jià)

雷 富 ，張榮燦 ，陳憲云 ，許銘本 ，何碧娟，姜發(fā)軍*

（1.廣西北部灣海洋研究中心，廣西科學(xué)院，廣西 南寧 530007；2.廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西科學(xué)院，廣西 南寧 530007）

廣西北部灣地處亞熱帶，氣候溫和，三面環(huán)陸，周圍有多條小型河流注入，帶來大量的無機(jī)鹽和有機(jī)物質(zhì)，是我國重要的漁場和養(yǎng)殖區(qū)。近10 a來海洋經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)的加速建設(shè)，廣西北部灣沿岸生態(tài)環(huán)境正承受著愈來愈大的壓力，工農(nóng)業(yè)污染和生活污水導(dǎo)致灣內(nèi)重金屬污染物在海水和沉積物中迅速蓄積，重金屬污染具有來源廣、殘毒時(shí)間長、易蓄積、污染后不易被發(fā)現(xiàn)并且難于恢復(fù)等特征，對水生生物和人體健康有較大的負(fù)面影響，并且蓄積在沉積物中的重金屬有二次污染的可能，一旦參與食物鏈循環(huán)并最終在生物體內(nèi)積累，將會破壞生物體正常生理代謝活動[1-3]。隨著公眾對環(huán)境污染的關(guān)注和重視，重金屬污染評價(jià)在海洋環(huán)境質(zhì)量評價(jià)中的作用越來越重要，已經(jīng)成為海洋環(huán)境質(zhì)量評價(jià)體系中十分重要的因子。

本文根據(jù)2010年6月廣西北部灣近岸海洋環(huán)境調(diào)查資料，報(bào)道了該海域海水和沉積物中的重金屬分布及污染水平，為該海域環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 調(diào)查與方法

1.1 采樣與分析

于2010年6月在廣西北部灣海域設(shè)置了46個站位采集表層海水，24個站位采集表層沉積物。具體采樣點(diǎn)見圖1。結(jié)合本次調(diào)查站位布設(shè)狀況，將廣西沿岸海域進(jìn)行了不同類型的海區(qū)劃分。主要劃分為3個海域：防城港海區(qū)，包括珍珠灣至防城灣毗連海域；欽州海區(qū)，龍門港至大風(fēng)江的毗連海域，包括茅尾海、欽州港、大風(fēng)江外近海；北海海區(qū)，包括廉州灣、銀灘、營盤以及鐵山港毗連海域。

采用2.5 dm3有機(jī)玻璃采水器采集表層海水，所有海水樣品采集、保存和前處理均按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》[4]的要求操作。表層沉積物用抓斗式采泥器采集，用塑料勺取其中央未受干擾的表層泥樣于聚乙烯袋中。Cu、Pb、Zn、Cd和As樣品在（105±1）℃烘箱內(nèi)烘干，用瑪瑙研缽將其磨碎并全部通過160目篩，充分混勻后取樣以備用；Hg樣品經(jīng)過自然風(fēng)干，研磨通過80目篩，充分混勻后取樣以備用。

圖1 采樣站點(diǎn)

海水和沉積物樣品重金屬含量的測定方法依據(jù)《海洋監(jiān)測規(guī)范》[4]的要求進(jìn)行，Cu、Pb、Zn、Cd含量采用原子吸收法測定，Hg、As含量采用原子熒光法測定。

1.2 評價(jià)方法

單項(xiàng)污染指數(shù)按式（1）進(jìn)行計(jì)算：

沉積物中的重金屬污染，已有許多科學(xué)家提出了多種評價(jià)方法。其中，瑞典科學(xué)家Ha¨kanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)法(PERI)[9]不僅考慮到了用單因子法得出的金屬污染系數(shù)，而且引入了重金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)，二者綜合后評價(jià)重金屬對生態(tài)環(huán)境的危害，簡便、快速且較為準(zhǔn)確，此外還顧及了背景值的地域分異性[10]。潛在生態(tài)危害指數(shù)法的計(jì)算方法[11-12]如下。

沉積物中多種重金屬的綜合污染效應(yīng)，通過綜合污染指數(shù)Cd來表征，計(jì)算公式為：

式中：Cd是綜合污染指數(shù)，是沉積物多種重金屬污染指數(shù)之和，以前述所選擇的6種重金屬元素來評價(jià)沉積物中重金屬的綜合污染情況。

表1 各金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)

沉積物中多個重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)(ERI):

2 結(jié)果與討論

2.1 表層海水中重金屬含量的分布特征與污染評價(jià)

2.1.1 表層海水中重金屬含量的分布特征

2010年夏季的調(diào)查結(jié)果顯示，廣西北部灣近岸表層海水中重金屬的含量均值從高到低的順序依次是Zn>Cu>As>Pb>Cd>Hg。該海域夏季表層海水中重金屬元素含量的分布特征如下（見圖2）：

表2 、ERI與污染程度的關(guān)系

表2 、ERI與污染程度的關(guān)系

（1）Cu平均含量為1.7μg/L，變化范圍為0.2～6.2μg/L，等值線呈現(xiàn)西高東低的趨勢，高值區(qū)在防城港灣外海區(qū)域，整個廣西北部灣除防城港海區(qū)的12號站位超標(biāo)外，其他站位均達(dá)到國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。其中，防城港海區(qū)Cu平均含量為2.9μg/L，欽州灣海區(qū)Cu含量次之，平均值為1.7 μg/L，北海海區(qū)Cu含量最低，平均含量為1.0μg/L。

（2）Pb平均含量為1.1μg/L，變化范圍為0～4.1μg/L，超標(biāo)率為41.3%。最大值出現(xiàn)在防城江口的8號站位。各海區(qū)變化幅度和平均值相當(dāng)，其中北海Pb含量和防城港相當(dāng)，平均值為1.1μg/L，欽州灣海區(qū)Pb含量平均值為1.0μg/L。

（3）Zn平均含量為19.3μg/L，變化范圍為1.0～41.3μg/L，超標(biāo)率為47.8%，最大值出現(xiàn)防城江口的8號站位。各海區(qū)Zn含量差異很大，防城港含量最大，欽州灣含量最小，各海區(qū)調(diào)查最大值均出現(xiàn)在江河入?？?。其中，防城港海區(qū)Zn平均含量為28.7μg/L，整個防城港海區(qū)Zn含量處于國家二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)范圍；北海海區(qū)Zn含量平均值為22.1μg/L；欽州灣海區(qū)Zn平均含量為8.4μg/L。

（4）Cd平均含量為0.13μg/L，變化范圍為0～0.54μg/L，最大值在欽州灣的13號站位，Cd含量均達(dá)到國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。從等值線得出，3個海區(qū)Cd含量差別不大，其中，欽州灣海區(qū)Cd含量最高，平均值為0.18μg/L，北海海區(qū)Cd含量次之，平均含量為0.12μg/L。防城港海區(qū)Cd平均含量為0.08μg/L。

（5）Hg含量變化范圍為0.013～0.237μg/L，平均值為0.043μg/L，超標(biāo)率為19.6%。Hg含量最高值出現(xiàn)在防城江口的8號站，最低值出現(xiàn)在欽州灣茅尾海的17號站。3個海區(qū)中，防城港海區(qū)的Hg含量平均值最高，為0.082μg/L，欽州灣和北海海區(qū)的Hg含量平均值均為0.029μg/L。

（6）As含量變化范圍為0.17～3.67μg/L，平均值為1.51 μg/L。所有站位的As含量均達(dá)到一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。As含量最高值出現(xiàn)在位于北海濂州灣海域的29號站，最低值出現(xiàn)在位于欽州灣茅尾海的17號站。3個海區(qū)中，北海近岸海區(qū)的As含量平均值最高，為1.85μg/L，欽州灣次之，As含量平均值為1.53μg/L，防城港近岸海區(qū)As含量平均值最低，為0.93μg/L。

2.1.2 表層海水中重金屬污染評價(jià)

廣西北部灣表層海水中各重金屬元素(Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As)平均單項(xiàng)污染指數(shù)的計(jì)算結(jié)果列于表3。從表3可見，防城港海區(qū)Pb、Zn、Hg 3種重金屬的平均單項(xiàng)污染指均大于1，表明3種重金屬平均含量均超國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，各重金屬污染程度由高到低的排序分別是Hg>Zn>Pb>Cu>Cd>As；欽州海區(qū)各重金屬的平均單項(xiàng)污染指均小于或等于1，各種重金屬平均含量均符合國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，各重金屬污染程度由高到低的排序分別是Pb>Hg>Zn>Cu>Cd>As；北海海區(qū)Pb和Zn兩種重金屬的平均單項(xiàng)污染指大于1，兩種重金屬平均含量均超國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，各重金屬污染程度由高到低的排序分別是Zn>Pb>Hg>Cu>Cd>As。從整個廣西北部灣近岸海域來看，海水中的Pb平均含量超過國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其余元素平均含量均未超過一類標(biāo)準(zhǔn)限值，各重金屬污染程度由高到低的排序分別是Pb>Zn>Hg>Cu>Cd>As。

圖2 廣西北部灣近岸表層海水中重金屬含量（μg/L）的平面分布

表3 廣西北部灣海水中各種重金屬的污染指數(shù)

2.2 表層沉積物中重金屬含量的分布特征與污染評價(jià)

2.2.1 表層沉積物中重金屬含量的分布特征

廣西北部灣海域表層沉積物中的重金屬含量測定結(jié)果見表4。從表中可以看到，表層沉積物中的Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的含量變化范圍分別為（0～50.9）×10-6、（4.9～97.7）×10-6、（5.0～156.0）×10-6、（0～0.45）×10-6、（0.01～0.16）×10-6、（0.61～27.00）×10-6，平均含量分別為9.5×10-6、20.0×10-6、39.0×10-6、0.05×10-6、0.05×10-6、9.49×10-6。其中防城港海區(qū)表層沉積物中的Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As平均含量分別為10.9×10-6、19.2×10-6、41.0×10-6、0.08×10-6、0.03×10-6、6.83×10-6；欽州灣海區(qū)表層沉積物中的Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As平均含量分別為13.9×10-6、19.4×10-6、49.0×10-6、0.10×10-6、0.09×10-6、11.29×10-6；北海海區(qū)表層沉積物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As平均含量分別為4.8×10-6、21.2×10-6、29.0×10-6、0.02×10-6、0.05×10-6、10.34×10-6。

2.2.2 表層沉積物中重金屬綜合污染指數(shù)

從表5可看出，本次調(diào)查防城港海區(qū)重金屬綜合污染指數(shù)最大值出現(xiàn)在防城江口的8號測站值，Cd為6.52。其中Cu、Pb、Zn的值均大于1，為中污染。該海區(qū)表層沉積物中各種重金屬元素的平均污染程度由大到小依次為：As>Pb>Cu>Zn>Hg>Cd，平均重金屬綜合污染指數(shù)Cd為1.58，屬低污染海域；欽州海域重金屬綜合污染指數(shù)最高值出現(xiàn)在欽江口的18號站位，茅嶺江口的17號站位重金屬綜合污染指數(shù)值次之，以上兩個站位As的Cif值均大于1，為中污染，海域表層沉積物中各種重金屬元素的平均污染程度由大到小依次為：As>Hg>Cu>Zn>Pb>Cd，整個欽州海域，平均綜合污染指數(shù)Cd為2.50，屬低污染。北海海域重金屬綜合污染指數(shù)最高值出現(xiàn)南流江口的30號站位，南流江口的29號站位及鐵山港的45號站位As的Cif值均大于1，為中污染，海域表層沉積物中各種重金屬元素的平均污染程度由大到小依次為：As>Pb>Hg>Zn>Cu>Cd，整個北海海域，平均綜合污染指數(shù)Cd為1.48，屬低污染。本次調(diào)查，廣西北部灣近岸海域，沉積物綜合質(zhì)量狀況較好，綜合污染指數(shù)Cd僅為1.84，污染水平為低污染，表明廣西近岸海域沉積物尚未被玷污，沉積物環(huán)境質(zhì)量狀況良好，各海區(qū)重金屬綜合污染指數(shù)最大值均出現(xiàn)在江河入?？?，這可能與陸源重金屬輸入有關(guān)。從污染程度角度看，廣西北部灣近岸海域重金屬元素的排列順序?yàn)椋篈s>Pb>Hg=Cu>Zn>Cd。從空間污染程度來看，整個調(diào)查海域重金屬污染狀況為：欽州海域>防城港海域>北海海域。

2.2.3 表層沉積物中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

表6給出了廣西北部灣海域所有監(jiān)測站位的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，從總體污染程度上看，該海域的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)ERI 值范圍在6.02～79.40，平均值為23.79，遠(yuǎn)小于110，表明該海域表層沉積物重金屬對海洋生態(tài)系統(tǒng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)較低。重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性最高的測站為防城江口的8號站，最低為北海銀灘的34號站。從空間分布上看，整個調(diào)查海域重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況為欽州海域>北海海域>防城港海域。從單個重金屬污染來看，Hg的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)Eir平均值最高，有17%的監(jiān)測站Hg的Eir值大于25，為中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；其余重金屬Cu、Pb、Zn、Cd和As的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)Eir較低，為低等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，對海洋生態(tài)系統(tǒng)的危害性較低。該海域各種重金屬元素對海洋生態(tài)系統(tǒng)潛在危害的影響程度從大到小順序是：Hg>As>Cd>Pb>Cu>Zn。

表4 北部灣海域表層沉積物中重金屬含量（×10-6）

表5 廣西北部灣近岸海域沉積物重金屬污染程度及分布狀況

2.2.4 不同重金屬對ERI 的貢獻(xiàn)率

用某一重金屬各站Eir的平均值除以各站ERI 的平均值，可以算出不同重金屬對ERI 的總體貢獻(xiàn)(圖3)，可以看出Hg、As的貢獻(xiàn)率分別為47.2%和24.4%，幾乎占了所有重金屬的70%，Zn的貢獻(xiàn)率最小，只占l.1%，因此，Hg、As為廣西北部灣近岸海域的主要風(fēng)險(xiǎn)因子，對海洋生態(tài)具有較高的潛在生態(tài)危害性。因此，在今后應(yīng)該加強(qiáng)對Hg、As的監(jiān)測。

圖3 不同重金屬對ERI 的貢獻(xiàn)率

表6 廣西北部灣海域沉積物重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

綜合上述兩種評價(jià)結(jié)果，可以看出，從污染程度角度看，廣西北部灣近岸海域表層沉積物中重金屬元素的排列順序?yàn)椋篈s>Pb>Hg>Cu>Zn>Cd，從生態(tài)危害的角度看，各金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性排列順序?yàn)椋篐g>As>Cd>Pb>Cu>Zn。可以看出兩種結(jié)果的排列順序并不一致，這可能是由于有些重金屬元素具有親顆粒性，容易被懸浮物遷移進(jìn)入沉積物中礦化埋藏，使它們對生物的毒性降低[14]，同時(shí)，各種金屬元素對海域生物的毒性不同，污染程度較高的不一定對生態(tài)系統(tǒng)的危害就高，因此，只有把兩種方法相結(jié)合，才能更全面的反映廣西北部灣近岸海域重金屬的污染特征和對海洋生態(tài)系統(tǒng)的危害性。

3 結(jié)論

通過對2010年6月廣西北部灣近岸海域表層海水和沉積物中的重金屬的調(diào)查和評價(jià)，得到以下結(jié)論：

（1）該海域海水中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的含量范圍分別為0.2～6.2μg/L、0～4.1μg/L、1.0～41.3μg/L、0～0.54μg/L、0.013～0.237μg/L、0.17～3.67μg/L，平均含量分別為1.73 μg/L、1.1μg/L、19.3μg/L、0.13μg/L、0.043μg/L、1.51μg/L,海水中的Pb平均含量超過國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，各種重金屬單因子污染程度依次為Pb>Zn>Hg>Cu>Cd>As。

（2）表層沉積物中的Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的含量變化范圍分別為（0～50.9）×10-6、（4.9～97.7）×10-6、（5.0～156.0）×10-6、（0～0.16）×10-6、（0.01～0.16）×10-6、（0.61～27.00）×10-6，平均含量分別為9.5×10-6、20.0×10-6、39.0×10-6、0.05×10-6、0.05××10-6、9.49×10-6。

（3）從污染程度角度分析，廣西北部灣近岸海域表層沉積物重金屬元素污染的排列順序?yàn)椋篈s>Pb>Hg=Cu>Zn>Cd，從空間污染程度來看，整個調(diào)查海域重金屬污染狀況為：欽州海域>防城港海域>北海海域。

（4）該海域表層沉積物重金屬對海洋生態(tài)系統(tǒng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)較低，該海域各種重金屬元素對海洋生態(tài)系統(tǒng)潛在危害的影響程度從大到小順序是：Hg>As>Cd>Pb>Cu>Zn。整個調(diào)查海域重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況為欽州海域>北海海域>防城港海域。Hg、As為廣西北部灣近岸海域的主要風(fēng)險(xiǎn)因子。

[1]溫琰茂,韋照韜.廣州城市污泥化學(xué)成分和農(nóng)業(yè)利用的環(huán)境容量[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，1996,35(2):124-128.

[2]林祖亨,梁舜華.珠江河口的現(xiàn)代沉積環(huán)境與底質(zhì)重金屬的含量分布[J].海洋通報(bào)，1995,14(4):43-49.

[3]婁性義.固體廢物處理與利用[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1996.

[4]徐恒振，馬永安，于濤，等.GB 17378-2007.海洋監(jiān)測規(guī)范第三部分：樣品采集、儲存與運(yùn)輸[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[5]孫書涵,王冬艷,胡克，等.雙臺子河口區(qū)水中重金屬污染評價(jià)及其生態(tài)效應(yīng)分析[J].世界地質(zhì),2007，26(1):75-79.

[6]國家環(huán)境保護(hù)局環(huán)境工程評估中心.環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)方法[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2005.

[7]黃自強(qiáng)，張克，曲昆燦，等.GB 3097-1997.海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1997.

[8]馬德毅，湯烈風(fēng)，王菊英，等.GB 18668-2002.海洋沉積物質(zhì)量[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.

[9]Hkanson L.An ecological risk index for aquatic pollution control:A sedimentological approach[J].Water Research,1980(14):975-1001.

[10]張鑫,周濤發(fā),楊西飛，等.河流沉積物重金屬污染評價(jià)方法比較研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,2 8(11):1419-1423.

[11]馮慕華,龍江平,喻龍，等.遼東灣東部淺水區(qū)沉積物中重金屬潛在生態(tài)評價(jià)[J].海洋科學(xué),2003,27(3):52-56.

[12]黃宏,郁亞娟,王曉棟，等.淮河沉積物中重金屬污染及潛在生態(tài)危害評價(jià)[J].環(huán)境污染與防治,2004,26(3):207-208,231.

[13]陳靜生,周家義.中國水環(huán)境重金屬研究[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1992：168-170.

[14]賈振邦,梁濤.香港河流重金屬污染及其潛在生態(tài)危害研究[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào),1997,33(4):185-192.