大亞灣內(nèi)、外海域重金屬分布對(duì)比及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

張海娟 陳袁袁

摘要：為促進(jìn)大亞灣區(qū)的海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展，文章以銅等9種重金屬為指標(biāo)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，分別調(diào)查大亞灣內(nèi)、外海域的海水、表層沉積物和生物質(zhì)量，并采用單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，對(duì)比重金屬的污染程度，具有創(chuàng)新性;同時(shí)，以表層沉積物為代表，采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，評(píng)價(jià)大亞灣海域的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。研究結(jié)果表明：大亞灣海域海水、表層沉積物和生物中的重金屬含量大部分符合相關(guān)一類或推薦的標(biāo)準(zhǔn);海水中的主要重金屬為鉛，綜合污染指數(shù)灣外低于灣內(nèi)，可能與人類活動(dòng)和海水交換有關(guān);表層沉積物中的主要重金屬為釩，綜合污染指數(shù)灣內(nèi)低于灣外，可能與釩的最大值超標(biāo)有關(guān);生物體內(nèi)重金屬的綜合污染指數(shù)，甲殼類和頭足類灣外低于灣內(nèi)，而魚類和貝類灣內(nèi)低于灣外，但差距均不明顯;大亞灣海域多種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為很高，其中汞為首要潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子，須引起高度關(guān)注。

關(guān)鍵詞：大亞灣;海洋環(huán)境;重金屬;生態(tài)風(fēng)險(xiǎn);表層沉積物

中圖分類號(hào)：P76;X826? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1005-9857（2019）06-0039-07

Comparison of Heavy Metal Distribution and Potential Ecological Risk Assessment in the Inner and Outer Seas of Daya Bay

ZHANG Haijuan，CHEN Yuanyuan

（China Offshore Environmental Service Ltd.，Beijing 100012，China）

Abstract：In order to promote the marine ecological environment protection and sustainable development in Daya Bay，the paper evaluated the pollution level of heavy metals of Daya Bay，by the single factor index and Nemero comprehensive pollution index，using 9 heavy metals such as copper as indicators to investigate the seawater，surface sediments and organism of the inner and outer sea of Daya Bay，according to relevant norms and standards，which is innovative.The paper also evaluated the potential ecological risk in the Daya Bay，based on surface sediments，and the potential ecological risk index.Research indicated： Most of the heavy metals in seawater，surface sediments and organism of Daya Bay meet the first level standard or recommended standards.The main heavy metal in seawater is lead，and the comprehensive pollution index is lower than the bay outside the bay，which may be related to human activities and seawater exchange.The main heavy metal in the surface sediment is vanadium，and the comprehensive pollution index is lower than the bay in the bay，which may be related to the maximum value of vanadium exceeding the standard.The comprehensive pollution index of heavy metals in the crustaceans and cephalopods which are outside the bay are lower than that inner the bay，while the comprehensive pollution index of heavy metals in the fish and shellfish which are inside the bay are lower than that outside the bay，but the gap is not obvious.The potential ecological risk level of most heavy metals in Daya Bay is very high，and mercury is the primary potential ecological risk factor，which must be highly concerned.

Key words：Daya Bay，Marine environment，Heavy metal，Ecological risk，Surface sediment

0 引言

大亞灣西鄰大鵬灣，東接紅海灣，總面積約600 km2，平均水深11 m[1]，是我國(guó)南海北部最大的半封閉型海灣。大亞灣內(nèi)有海島50余個(gè)，海灣中央一系列南北向的海島（中央列島）將海灣分為東、西2個(gè)部分，其中東側(cè)入口水面寬約9.6 km、水深19～20 m，西側(cè)入口水面寬約5.4 km、水深約19 m。大亞灣內(nèi)海水主要通過灣口與外部海水交換[2]，灣口寬約15 km，海水運(yùn)動(dòng)主要受南海潮波和地形控制，潮汐類型屬不正規(guī)半日混合潮。大亞灣三面環(huán)山，沿岸無(wú)大型河流注入，同時(shí)受地形等因素影響，海水流速較小。

大亞灣海域大部分為水產(chǎn)資源自然保護(hù)區(qū)，海灣東側(cè)的惠東縣南部海域是我國(guó)大陸唯一的國(guó)家級(jí)海龜自然保護(hù)區(qū)。作為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，大亞灣區(qū)近年來(lái)大力建設(shè)石化園區(qū)、核電站、油品儲(chǔ)運(yùn)基地和港口等，導(dǎo)致大量污染物排放入海。其中，重金屬污染具有長(zhǎng)期性、累積性、潛伏性和不可逆性等特點(diǎn)，危害大且治理成本高，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。鄭慶華等[3]提出大亞灣海域表層沉積物的污染物以硫化物和重金屬為主，其中鉛和鋅普遍出現(xiàn);谷陽(yáng)光等[4]提出大亞灣海域表層沉積物的重金屬污染具有較強(qiáng)的陸源性，其中汞的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大;丘耀文等[5]提出大亞灣海域西南部的重金屬含量與表層沉積物的pH值呈顯著負(fù)相關(guān);徐姍楠等[6]提出大亞灣石化排污區(qū)內(nèi)汞的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大;林麗華等[7]提出鋅、鎘和汞是大亞灣海域表層沉積物的主要污染物，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中-較高，鎘在底棲生物體內(nèi)存在較強(qiáng)的累積。

已有研究的采樣調(diào)查站位大多限于大亞灣內(nèi)海域，對(duì)于大亞灣內(nèi)、外海域的比較研究尚未有報(bào)道?；诖耍狙芯糠謩e在大亞灣內(nèi)、外海域布設(shè)采樣站位，選取銅（Cu）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鎳（Ni）、釩（V）、鉻（Cr）和砷（As）9種重金屬，分別調(diào)查和對(duì)比海水、表層沉積物和生物質(zhì)量，并評(píng)價(jià)表層沉積物的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，以期為大亞灣區(qū)的海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 方法

1.1 樣品采集

根據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB 12763/T—2007），本研究于2015年11月的大潮期對(duì)大亞灣內(nèi)、外海域開展1個(gè)航次的調(diào)查，共布設(shè)38個(gè)海水采樣站位（灣內(nèi)21個(gè)、灣外17個(gè)）、24個(gè)表層沉積物采樣站位（灣內(nèi)15個(gè)、灣外9個(gè)）和26個(gè)生物采樣站位（灣內(nèi)16個(gè)、灣外10個(gè)）。對(duì)于海水，水深不大于10 m時(shí)僅采集表層樣，水深10～25 m時(shí)分別采集表層樣和底層樣，水深不小于25 m時(shí)分別采集表層樣、10 m水深樣和底層樣;對(duì)于表層沉積物，采用大洋50型采泥器，采集表層5 cm的底泥樣;對(duì)于生物，采用脫網(wǎng)的方式采樣。

1.2 重金屬測(cè)定

根據(jù)《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第4部分：海水分析》（GB 17378.4—2007），海水樣品中的Pb、Cu、V、Cr和Ni采用原子吸收分光光度法測(cè)定，Cd采用無(wú)火焰原子吸收分光光度法測(cè)定，Zn采用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定，Hg采用冷原子熒光法測(cè)定，As采用原子熒光法測(cè)定。

根據(jù)《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第5部分：沉積物分析》（GB 17378.5—2007），將表層沉積物樣品風(fēng)干、研磨并過160目篩，其中的Cd、Pb、Cu、Zn、Ni和Cr采用原子吸收分光光度法測(cè)定，Hg和As采用原子熒光法測(cè)定，V采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定。

根據(jù)《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第6部分：生物體分析》（GB 17378.6—2007），將生物樣品用高密度聚乙烯袋速凍保存，貝類取軟組織，頭足類、魚類和甲殼類取肌肉，其中的Cd、Pb、Cu、Zn、Ni和Cr采用原子吸收分光光度法測(cè)定，Hg和As采用原子熒光法測(cè)定，V采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，分別判定海水、表層沉積物和生物受重金屬污染的程度，計(jì)算公式為：

式中：Pi為重金屬i的單因子污染指數(shù);Ci為重金屬i的質(zhì)量濃度實(shí)測(cè)值;Si為重金屬i的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值;P為單因子污染指數(shù)的平均值;n為污染指標(biāo)個(gè)數(shù);P為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù);Pimax為單因子污染指數(shù)的最大值。

海水的重金屬環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)采用《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3097—1997）的一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);表層沉積物的重金屬環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)采用《海洋沉積物質(zhì)量》（GB 18668—2002）的一類海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其中V參考我國(guó)渤海表層沉積物中V含量的平均值7.5×10-5[8]，Ni參考我國(guó)香港相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的40 mg/kg[9];對(duì)于各類生物的重金屬環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，貝類采用《海洋生物質(zhì)量》（GB 18421—2001）的一類海洋生物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，魚類、甲殼類和頭足類采用《全國(guó)海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查簡(jiǎn)明規(guī)程》推薦的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中未涉及的重金屬不予考慮。

由于進(jìn)入海洋的絕大部分重金屬會(huì)迅速由海水轉(zhuǎn)移至表層沉積物，表層沉積物的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是研究熱點(diǎn)之一。本研究采用瑞典學(xué)者提出的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)表層沉積物的重金屬污染程度[10]，該指數(shù)不僅可反映某種重金屬污染物的單項(xiàng)影響，而且可反映多種重金屬污染物的綜合影響，并對(duì)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量劃分[11]，計(jì)算公式為：

式中：Cif為重金屬i的污染系數(shù);CiR為重金屬i的背景值;Eir為重金屬i的單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);Tir為重金屬i的毒性系數(shù);RI為多種重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);m為參與計(jì)算的重金屬種類數(shù)。

由于表層沉積物中的Ni和V暫無(wú)背景值和毒性系數(shù)的研究數(shù)據(jù)，不參與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的計(jì)算。其他表層沉積物重金屬的背景值和毒性系數(shù)如表1和表2所示。

2 結(jié)果和分析

2.1 海水

大亞灣海域海水中的重金屬分布如表4所示。

由表4可以看出，根據(jù)單因子污染指數(shù)的平均值，灣內(nèi)、外海水中的主要重金屬均為Pb，其次為Zn;除部分站位的Pb外，其余均符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);煉油排放的特征污染物Ni的實(shí)測(cè)平均值灣外低于灣內(nèi)，特征污染物V均未檢出。

經(jīng)計(jì)算，灣內(nèi)、外海水中重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分別為3.339和3.232，即灣外低于灣內(nèi)。其原因可能是灣內(nèi)石化工業(yè)、油品儲(chǔ)運(yùn)、港口航運(yùn)和海水養(yǎng)殖等排放重金屬污染物并不斷累積，而灣外受上述活動(dòng)影響較小且海水交換速度較快。

2.2 表層沉積物

大亞灣海域表層沉積物中的重金屬分布如表5所示。

由表5可以看出，根據(jù)單因子污染指數(shù)的平均值，灣內(nèi)、外表層沉積物中的主要重金屬均為V，其次為Ni;除V和Ni外，其余均符合一類海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)計(jì)算，灣內(nèi)、外表層沉積物中重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分別為0.760和0.768，即灣內(nèi)低于灣外。其原因可能是灣外V的最大值超標(biāo)。

2.3 生物

在26個(gè)站位共采集49個(gè)具有代表性的生物樣品，包括魚類30個(gè)、甲殼類11個(gè)、貝類6個(gè)和頭足類2個(gè)。

2.3.1 魚類

于灣外采集樣品7類，分別為鹿斑鲾、麗葉鲹、二長(zhǎng)棘鯛、龍頭魚、鲬、斑和皮氏叫姑魚;于灣內(nèi)采集樣品10類，分別為海鰻、麗葉鲹、二長(zhǎng)棘鯛、白姑魚、斑、矛尾蝦虎魚、鲬、皮氏叫姑魚、尖尾鰻和黃斑鲾。大亞灣海域魚類生物體內(nèi)的重金屬殘留如表6所示。

由表6可以看出，從某種重金屬來(lái)看，Cu、Cd、Ni和V的實(shí)測(cè)平均值灣外低于灣內(nèi)。經(jīng)計(jì)算，灣內(nèi)、外魚類生物體內(nèi)重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分別為0.421和0.423，即灣內(nèi)低于灣外。此外，Cu、Pb、Zn、Cd和Hg均符合《全國(guó)海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查簡(jiǎn)明規(guī)程》推薦的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.2 甲殼類

于灣外采集樣品5類，分別為紅星梭子蟹、日本鱘、三疣梭子蟹、中華管鞭蝦和近緣新對(duì)蝦;于灣內(nèi)采集樣品5類，分別為長(zhǎng)毛對(duì)蝦、猛蝦姑、日本鱘、近緣新對(duì)蝦和口蝦姑。大亞灣海域甲殼類生物體內(nèi)的重金屬殘留如表7所示。

由表7可以看出，從某種重金屬來(lái)看，Cu、Zn和Cd的實(shí)測(cè)平均值灣外低于灣內(nèi)。經(jīng)計(jì)算，灣內(nèi)、外甲殼類生物體內(nèi)重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分別為0.213和0.114，即灣外低于灣內(nèi)。此外，Cu、Pb、Zn、Cd和Hg均符合《全國(guó)海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查簡(jiǎn)明規(guī)程》推薦的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.3 貝類

于灣外采集樣品2類，分別為文蛤和翡翠貽貝;于灣內(nèi)采集樣品3類，分別為波紋巴菲蛤、翡翠貽貝和文蛤。大亞灣海域貝類生物體內(nèi)的重金屬殘留如表8所示。

由表8可以看出，從某種重金屬來(lái)看，Hg和V的實(shí)測(cè)平均值灣外低于灣內(nèi)。經(jīng)計(jì)算，灣內(nèi)、外貝類生物體內(nèi)重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分別為0.516和0.673，即灣內(nèi)低于灣外。此外，Cu、Pb、Zn、Cd和Hg均符合一類海洋生物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.4 頭足類

于灣外和灣內(nèi)采集的樣品均為杜氏槍烏賊。大亞灣海域頭足類生物體內(nèi)的重金屬殘留如表9所示。

由表9可以看出，從某種重金屬來(lái)看，Hg和Ni的實(shí)測(cè)值灣內(nèi)低于灣外。經(jīng)計(jì)算，灣內(nèi)、外頭足類生物體內(nèi)重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分別為0.050和0.030，即灣外低于灣內(nèi)。此外，Cu、Pb、Zn、Cd和Hg均符合《全國(guó)海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查簡(jiǎn)明規(guī)程》推薦的標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述，從生物體內(nèi)重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)來(lái)看，甲殼類和頭足類灣外低于灣內(nèi)，而魚類和貝類灣內(nèi)低于灣外，但差距均不明顯。

2.4 表層沉積物重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

大亞灣海域表層沉積物重金屬的單項(xiàng)/綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)如表10所示。

由表10可以看出，大亞灣海域表層沉積物中，Cu、Pb、Zn和Cr的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低，As的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中，Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高，Hg的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為極高;多種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為很高，但灣外的指數(shù)略低于灣內(nèi)?？梢姡琀g為大亞灣海域首要潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子，并對(duì)綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)較大，須引起高度關(guān)注。

3 結(jié)語(yǔ)

大亞灣區(qū)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)入海污染物中重金屬的管控以及對(duì)海洋中重金屬的監(jiān)測(cè)，同時(shí)深入對(duì)灣內(nèi)、外海洋生態(tài)環(huán)境的對(duì)比調(diào)查和分析，從而提高海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)和治理的科學(xué)性和針對(duì)性。

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