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狀及評價

雷 富 ，張榮燦 ，陳憲云 ，許銘本 ，何碧娟，姜發軍*

（1.廣西北部灣海洋研究中心，廣西科學院，廣西 南寧 530007；2.廣西近海海洋環境科學重點實驗室，廣西科學院，廣西 南寧 530007）

廣西北部灣地處亞熱帶，氣候溫和，三面環陸，周圍有多條小型河流注入，帶來大量的無機鹽和有機物質，是我國重要的漁場和養殖區。近10 a來海洋經濟的迅猛發展和廣西北部灣經濟區的加速建設，廣西北部灣沿岸生態環境正承受著愈來愈大的壓力，工農業污染和生活污水導致灣內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、殘毒時間長、易蓄積、污染后不易被發現并且難于恢復等特征，對水生生物和人體健康有較大的負面影響，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并最終在生物體內積累，將會破壞生物體正常生理代謝活動[1-3]。隨著公眾對環境污染的關注和重視，重金屬污染評價在海洋環境質量評價中的作用越來越重要，已經成為海洋環境質量評價體系中十分重要的因子。

本文根據2010年6月廣西北部灣近岸海洋環境調查資料，報道了該海域海水和沉積物中的重金屬分布及污染水平，為該海域環境保護和可持續發展提供科學依據。

1 調查與方法

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。具體采樣點見圖1。結合本次調查站位布設狀況，將廣西沿岸海域進行了不同類型的海區劃分。主要劃分為3個海域：防城港海區，包括珍珠灣至防城灣毗連海域；欽州海區，龍門港至大風江的毗連海域，包括茅尾海、欽州港、大風江外近海；北海海區，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《海洋監測規范》[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樣品經過自然風干，研磨通過80目篩，充分混勻后取樣以備用。

圖1 采樣站點

海水和沉積物樣品重金屬含量的測定方法依據《海洋監測規范》[4]的要求進行，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 評價方法

單項污染指數按式（1）進行計算：

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

沉積物中多種重金屬的綜合污染效應，通過綜合污染指數Cd來表征，計算公式為：

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

表1 各金屬的毒性響應系數

沉積物中多個重金屬的潛在生態危害指數(ERI):

2 結果與討論

2.1 表層海水中重金屬含量的分布特征與污染評價

2.1.1 表層海水中重金屬含量的分布特征

2010年夏季的調查結果顯示，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與污染程度的關系

表2 、ERI與污染程度的關系

（1）Cu平均含量為1.7μg/L，變化范圍為0.2～6.2μg/L，等值線呈現西高東低的趨勢，高值區在防城港灣外海區域，整個廣西北部灣除防城港海區的12號站位超標外，其他站位均達到國家一類海水水質標準。其中，防城港海區Cu平均含量為2.9μg/L，欽州灣海區Cu含量次之，平均值為1.7 μg/L，北海海區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，超標率為41.3%。最大值出現在防城江口的8號站位。各海區變化幅度和平均值相當，其中北海Pb含量和防城港相當，平均值為1.1μg/L，欽州灣海區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，超標率為47.8%，最大值出現防城江口的8號站位。各海區Zn含量差異很大，防城港含量最大，欽州灣含量最小，各海區調查最大值均出現在江河入?？?。其中，防城港海區Zn平均含量為28.7μg/L，整個防城港海區Zn含量處于國家二類海水水質標準范圍；北海海區Zn含量平均值為22.1μg/L；欽州灣海區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含量均達到國家一類海水水質標準。從等值線得出，3個海區Cd含量差別不大，其中，欽州灣海區Cd含量最高，平均值為0.18μg/L，北海海區Cd含量次之，平均含量為0.12μg/L。防城港海區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，超標率為19.6%。Hg含量最高值出現在防城江口的8號站，最低值出現在欽州灣茅尾海的17號站。3個海區中，防城港海區的Hg含量平均值最高，為0.082μg/L，欽州灣和北海海區的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含量均達到一類海水水質標準。As含量最高值出現在位于北海濂州灣海域的29號站，最低值出現在位于欽州灣茅尾海的17號站。3個海區中，北海近岸海區的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

廣西北部灣表層海水中各重金屬元素(Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As)平均單項污染指數的計算結果列于表3。從表3可見，防城港海區Pb、Zn、Hg 3種重金屬的平均單項污染指均大于1，表明3種重金屬平均含量均超國家一類海水水質標準，各重金屬污染程度由高到低的排序分別是Hg>Zn>Pb>Cu>Cd>As；欽州海區各重金屬的平均單項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標準，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Pb和Zn兩種重金屬的平均單項污染指大于1，兩種重金屬平均含量均超國家一類海水水質標準，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標準，其余元素平均含量均未超過一類標準限值，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

2.2 表層沉積物中重金屬含量的分布特征與污染評價

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

從表5可看出，本次調查防城港海區重金屬綜合污染指數最大值出現在防城江口的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Cd為1.58，屬低污染海域；欽州海域重金屬綜合污染指數最高值出現在欽江口的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Cd為2.50，屬低污染。北海海域重金屬綜合污染指數最高值出現南流江口的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Cd為1.48，屬低污染。本次調查，廣西北部灣近岸海域，沉積物綜合質量狀況較好，綜合污染指數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，沉積物環境質量狀況良好，各海區重金屬綜合污染指數最大值均出現在江河入?？?，這可能與陸源重金屬輸入有關。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為：As>Pb>Hg=Cu>Zn>Cd。從空間污染程度來看，整個調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風險

表6給出了廣西北部灣海域所有監測站位的重金屬潛在生態風險指數，從總體污染程度上看，該海域的重金屬潛在生態風險指數ERI 值范圍在6.02～79.40，平均值為23.79，遠小于110，表明該海域表層沉積物重金屬對海洋生態系統的潛在風險較低。重金屬潛在生態風險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，整個調查海域重金屬生態風險狀況為欽州海域>北海海域>防城港海域。從單個重金屬污染來看，Hg的潛在生態風險系數Eir平均值最高，有17%的監測站Hg的Eir值大于25，為中等潛在生態風險；其余重金屬Cu、Pb、Zn、Cd和As的潛在生態風險系數Eir較低，為低等潛在生態風險，對海洋生態系統的危害性較低。該海域各種重金屬元素對海洋生態系統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(圖3)，可以看出Hg、As的貢獻率分別為47.2%和24.4%，幾乎占了所有重金屬的70%，Zn的貢獻率最小，只占l.1%，因此，Hg、As為廣西北部灣近岸海域的主要風險因子，對海洋生態具有較高的潛在生態危害性。因此，在今后應該加強對Hg、As的監測。

圖3 不同重金屬對ERI 的貢獻率

表6 廣西北部灣海域沉積物重金屬的潛在生態風險因子和風險指數

綜合上述兩種評價結果，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為：As>Pb>Hg>Cu>Zn>Cd，從生態危害的角度看，各金屬元素的潛在生態風險性排列順序為：Hg>As>Cd>Pb>Cu>Zn?？梢钥闯鰞煞N結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入沉積物中礦化埋藏，使它們對生物的毒性降低[14]，同時，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系統的危害就高，因此，只有把兩種方法相結合，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系統的危害性。

3 結論

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查和評價，得到以下結論：

（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標準，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為：As>Pb>Hg=Cu>Zn>Cd，從空間污染程度來看，整個調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系統的潛在風險較低，該海域各種重金屬元素對海洋生態系統潛在危害的影響程度從大到小順序是：Hg>As>Cd>Pb>Cu>Zn。整個調查海域重金屬生態風險狀況為欽州海域>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險因子。

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