秦皇島近岸爆發(fā)褐潮重金屬分布研究

曾思寧　張勇　李欣陽　石偉杰　陳燕

摘要：2009年以來秦皇島海域爆發(fā)褐潮，赤潮種是抑食金球藻（Aureococcus anophagefferens），2017年8月對秦皇島北戴河海域進(jìn)行了海域調(diào)查，探討和分析了秦皇島海域抑食金球藻赤潮爆發(fā)期間的海水環(huán)境因子，主要分析海水重金屬分布特征，并對環(huán)境因子進(jìn)行了相關(guān)影響分析。赤潮期間整個(gè)調(diào)查海域大部分區(qū)域重金屬含量符合海水一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。褐潮爆發(fā)區(qū)域海水中的重金屬含量較其他海域偏高。

關(guān)鍵詞：抑食金球藻（Aureococcus anophagefferens）;重金屬;秦皇島

1985年夏天，美國東部納拉甘西特灣、羅得島等地爆發(fā)褐潮，人們發(fā)現(xiàn)褐潮發(fā)生的原因是海水中存在的一種抑食金球藻（Aureococcus ophagefferens），后來抑食金球藻褐潮向南蔓延到新澤西州、馬里蘭州[1-2]等。

2009年開始河北省秦皇島市近岸海域爆發(fā)了褐潮，爆發(fā)時(shí)間在6-8月，水色異常區(qū)域最大自遼寧綏中沿岸至唐山市大清河口，最大面積約34萬hm2[3-10]。褐潮爆發(fā)期間海水顏色呈醬油色，秦皇島和唐山沿海養(yǎng)殖的扇貝出現(xiàn)生長停滯、甚至死亡等現(xiàn)象，給秦皇島北戴河旅游業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)帶來了數(shù)億計(jì)的損失，后赤潮種被學(xué)者確定為與美國東海岸爆發(fā)的赤潮種一樣均為抑食金球藻。

抑食金球藻是一種微藻，微藻是水域中的生產(chǎn)力主要貢獻(xiàn)者， 海洋微藻是海洋食物鏈的基礎(chǔ)。貝類、甲殼類等水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動(dòng)物主要以海水中的微藻為食。近年來海水污染問題愈演愈烈，海水中重金屬的含量超標(biāo)嚴(yán)重，重金屬對海水的微藻影響敏感，重金屬離子通過海水生物食物鏈最終富集在人體內(nèi)，對人體健康造成危害，因此重金屬離子在海水中的含量變化引起了海內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行大量的研究[11]。

研究重金屬脅迫對海洋微藻毒性效應(yīng)已有較多的報(bào)道[12-15]。天然狀態(tài)下的海水中重金屬含量都相對較少，且是以微量元素存在，并不會(huì)對海水中動(dòng)植物產(chǎn)生影響，但是工業(yè)污水和生活污水的排放，使海水中重金屬含量不斷升高。一般研究表明重金屬能對微藻的種群增長有較明顯的作用，低濃度的重金屬脅迫能刺激微藻的種群生長，高濃度的重金屬脅迫則有效抑制微藻種群生長，我們稱這種抑制作用叫做Hormesis效應(yīng)[16-19]。

近年來我國對秦皇島海域出現(xiàn)的抑食金球藻造成的有害藻華進(jìn)行了很多研究，主要集中于其生理生化方面以及其對生態(tài)環(huán)境的影響[20-22]，但微量重金屬是否對抑食金球藻有影響還鮮有研究。本文分析褐潮發(fā)生期海域理化因子分布特征及重金屬的變化特征，以期為重金屬對抑食金球藻的生長影響提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1方法

1.1外業(yè)采樣

2017年8月在秦皇島附近海域經(jīng)緯度（39°7′～39°9′N，119°4′～119°7′E）進(jìn)行海上調(diào)查。共布設(shè)20個(gè)調(diào)查站位（圖1）。站位覆蓋了褐潮發(fā)生區(qū)域。

1.2分析方法

使用翻蓋式采水器采集海水水樣。每個(gè)站位采集表層水，帶回實(shí)驗(yàn)室過濾，根據(jù)海洋監(jiān)測規(guī)范[23]、海洋監(jiān)測技術(shù)規(guī)程[24]測定海水中水溫、鹽度、營養(yǎng)鹽、重金屬（Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Fe、Mn）。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)過程使用SPSS 22.0完成，等值線圖使用Surfer 16.0軟件制作。柱狀圖使用Origin 2019完成。

2結(jié)果與分析

2.1水文因子分布特征

8月調(diào)查海域的水文因子平面分布圖（圖2），8月表層海水溫度的變化范圍為27.2～35.0 ℃，平均值為28.3 ℃。8月份海域表層鹽度變化范圍是29.31‰～31.79‰。

結(jié)果表明近岸鹽度小于遠(yuǎn)岸，近岸水溫高于遠(yuǎn)岸水溫，主要是受入海淡水影響，附近主要河流有洋河、人造河、大蒲河等入海河流。

2.2秦皇島海域重金屬總量平面分布特征

對調(diào)查海域重金屬（As、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn、Hg、Mn Fe）平面分布如圖3所示。

如圖3所示，調(diào)查海域重金屬分布相對較均勻，砷在調(diào)查海域的北戴河南部近岸和中部海域出現(xiàn)高值區(qū);鎘在調(diào)查海域的中部近岸出現(xiàn)高值區(qū);鉻在調(diào)查海域中部近岸和北部近岸出現(xiàn)高值區(qū);鉛在調(diào)查海域的北部近岸和中部遠(yuǎn)岸出現(xiàn)高值區(qū);銅和鋅均在調(diào)查海域的東部近岸和中部近岸出現(xiàn)高值區(qū);汞在北部和南部出現(xiàn)高值區(qū);錳和鐵均在調(diào)查海域的中部出現(xiàn)高值區(qū)。

綜上所述，秦皇島近岸在抑食金球藻含量較高的海域（調(diào)查海域的中部和北部）重金屬含量較其他海域偏高，重金屬含量都在水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，變化范圍均不大。

2.3秦皇島海域無機(jī)氮和無機(jī)磷總量平面分布特征

由于陸源污染物入海的原因，調(diào)查海域的無機(jī)磷和無機(jī)氮數(shù)值近岸大于遠(yuǎn)岸，平面分布情況區(qū)別不大（圖4）。

2.4秦皇島海域水質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

海水水質(zhì)評價(jià)采用單因子污染指數(shù)法進(jìn)行評價(jià)（表1）。

Pi=Ci/Cio

式中：Pi為某污染因子的污染指數(shù)，即單因子污染指數(shù);Ci為某污染因子的實(shí)測濃度;Cio為某污染因子的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

凡是單因子指數(shù)≤1，為該站位水體沒有遭受該要素污染，>1者為遭受污染，該值的大小代表了受到污染的程度。

海水水質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB 3097-1997[25]（表2）。

對調(diào)查海域的重金屬、DIN、DIP水質(zhì)評價(jià)（圖5），全部符合海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)，有40%的站位汞和鋅超出一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，5%的站位鉛超出一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但符合二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.5秦皇島海域環(huán)境影響因素的相關(guān)性分析

海域葉綠素a含量變化主要受光照、營養(yǎng)鹽因子影響，也受徑流量、潮汐變化、溫度和鹽度變化的影響，與海區(qū)浮游植物群落組成同樣有密切關(guān)系。根據(jù)相關(guān)研究浮游植物的豐度隨緯度升高而減小，隨溫度升高而增加。

為了研究影響抑食金球藻發(fā)生赤潮期間海水理化因子的因素，對整個(gè)調(diào)查海域8月的總?cè)~綠素a、溫度、鹽度、溶解氧、無機(jī)氮、無機(jī)磷和重金屬等環(huán)境因子進(jìn)行了相關(guān)性分析 （表3）。結(jié)果表明海水中的重金屬與環(huán)境因子之間的關(guān)系并不相同。

水溫與重金屬鉻呈現(xiàn)顯著正相關(guān)（P<0.05）;葉綠素a與重金屬錳呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），與重金屬鉻呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）;DIN與重金屬鉻呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）;DIP與重金屬錳、鉻、汞呈現(xiàn)顯著正相關(guān)（P<0.05）。表32017年8月調(diào)查海域重金屬與環(huán)境因子相關(guān)性分析

因子溫度 鹽度 pH值 Chl.a DINDIP Mn0.096-0.044-0.023-0.483*-0.3640.463*Fe0.218-0.2530.0160.1480.064-0.277Cu-0.032-0.141-0.081-0.171-0.0520.107Zn-0.060-0.122-0.311-0.2350.1040.132Cr0.458*-0.0780.091-0.581**-0.544*0.529*Hg0.4090.1980.318-0.460*-0.4220.517*Cd0.023-0.036-0.091-0.150-0.0490.016As0.0370.0700.080-0.316-0.3520.288Pb0.0540.0760.086-0.250-0.2600.172注：*表示在0.05水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)，**表示在 0.01 水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)

根據(jù)近幾年相關(guān)調(diào)查研究，此海域的營養(yǎng)鹽數(shù)值較河北其他海域偏低，也有相關(guān)研究表明，微藻在寡營養(yǎng)鹽的海域更易繁殖，這也可能是秦皇島微微型浮游植物爆發(fā)褐潮的原因之一。

3討論

褐潮形成的原因包含水溫、鹽度、營養(yǎng)鹽等，重金屬對褐潮的形成也起到了一定的作用。藻類生長發(fā)育過程離不開重金屬離子，其在藻類的光合、呼吸作用和蛋白質(zhì)與核酸合成等代謝過程中發(fā)揮著重要的作用。一般來講，低濃度的金屬離子促進(jìn)藻細(xì)胞生長，高濃度金屬離子抑制藻細(xì)胞生長。

本文研究了此海域重金屬濃度和水文、營養(yǎng)鹽、pH、鹽度、DIN、DIP等參數(shù)的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)除金屬鉻和錳與它們有顯著相關(guān)性，其他元素與參數(shù)均不相關(guān)。

調(diào)查海域的中部和北部褐潮濃度較高[3-10]，我們發(fā)現(xiàn)2017年此海域重金屬含量較其他海域偏高，但重金屬含量都在一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，此海域重金屬含量幾年內(nèi)較穩(wěn)定[3-10]，對于高濃度的重金屬對抑食金球藻的生長影響只能通過實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展。

本文研究褐潮發(fā)生期間海水中重金屬的含量分布，對于找出可能脅迫抑食金球藻等微藻的重金屬元素有重要的基礎(chǔ)研究意義。

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Distribution of heavy metal in the brown tide near the coast of Qinhuangdao

ZENG Sining1，2， ZHANG Yong2， LI Xinyang2， SHI Weijie2，CHEN Yan2

（1.Ocean College of Hebei Agricultural University， Qinhuangdao 066002，China;2.Qinhuangdao Marine Environment Monitoring Central Station， SOA， Qinhuangdao 066002， China）

Abstract：The brown tide occurred during August 2017 in the Beidaihe sea of Qinhuangdao， The brown tide species was later confirmed to be Aureococcus anophagefferens.Investigation was conducted on the Beidaihe sea of Qinhuangdao. The seawater environmental factors during the brown tide in the Qinhuangdao Sea area were discussed and analyzed. The distribution characteristics of seawater heavy metals were analyzed. The related environmental factors were analyzed. During the brown tide period， most of the heavy metals in the surveyed sea area met the first-grade seawater quality standard， and the heavy metal levels in seawater in the brown tide outbreak area were higher than those in other sea areas.

Key words：Aureococcus anophagefferens;heavy metals; Qinhuangdao

（收稿日期：2020-10-12;修回日期：2020-10-27）

基金項(xiàng)目：自然資源部北海局海洋科技項(xiàng)目（2016B20、202014）。

作者簡介：曾思寧（1993-），男，碩士，研究方向：漁業(yè)資源。Email：superzsn@163.com。

通信作者：張勇（1989-），男，工程師，碩士，研究方向：海洋環(huán)境污染監(jiān)測與評價(jià)。E-mail：373470260@qq.com。

DOI：10.3969/j.issn.1004-6755.2021.03.004