大亞灣內、外海域重金屬分布對比及其潛在生態風險評價

張海娟 陳袁袁

摘要：為促進大亞灣區的海洋生態環境保護和可持續發展，文章以銅等9種重金屬為指標，根據相關規范和標準，分別調查大亞灣內、外海域的海水、表層沉積物和生物質量，并采用單因子污染指數和內梅羅綜合污染指數，對比重金屬的污染程度，具有創新性;同時，以表層沉積物為代表，采用潛在生態風險指數，評價大亞灣海域的潛在生態風險。研究結果表明：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一類或推薦的標準;海水中的主要重金屬為鉛，綜合污染指數灣外低于灣內，可能與人類活動和海水交換有關;表層沉積物中的主要重金屬為釩，綜合污染指數灣內低于灣外，可能與釩的最大值超標有關;生物體內重金屬的綜合污染指數，甲殼類和頭足類灣外低于灣內，而魚類和貝類灣內低于灣外，但差距均不明顯;大亞灣海域多種重金屬的潛在生態風險等級為很高，其中汞為首要潛在生態風險因子，須引起高度關注。

關鍵詞：大亞灣;海洋環境;重金屬;生態風險;表層沉積物

中圖分類號：P76;X826? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：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]，是我國南海北部最大的半封閉型海灣。大亞灣內有海島50余個，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個部分，其中東側入口水面寬約9.6 km、水深19～20 m，西側入口水面寬約5.4 km、水深約19 m。大亞灣內海水主要通過灣口與外部海水交換[2]，灣口寬約15 km，海水運動主要受南海潮波和地形控制，潮汐類型屬不正規半日混合潮。大亞灣三面環山，沿岸無大型河流注入，同時受地形等因素影響，海水流速較小。

大亞灣海域大部分為水產資源自然保護區，海灣東側的惠東縣南部海域是我國大陸唯一的國家級海龜自然保護區。作為國家重點發展區域，大亞灣區近年來大力建設石化園區、核電站、油品儲運基地和港口等，導致大量污染物排放入海。其中，重金屬污染具有長期性、累積性、潛伏性和不可逆性等特點，危害大且治理成本高，對生態環境和人類健康構成嚴重威脅。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;谷陽光等[4]提出大亞灣海域表層沉積物的重金屬污染具有較強的陸源性，其中汞的潛在生態風險較大;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值呈顯著負相關;徐姍楠等[6]提出大亞灣石化排污區內汞的潛在生態風險較大;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，潛在生態風險等級為中-較高，鎘在底棲生物體內存在較強的累積。

已有研究的采樣調查站位大多限于大亞灣內海域，對于大亞灣內、外海域的比較研究尚未有報道?；诖?，本研究分別在大亞灣內、外海域布設采樣站位，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，分別調查和對比海水、表層沉積物和生物質量，并評價表層沉積物的潛在生態風險，以期為大亞灣區的海洋生態環境保護和可持續發展提供依據。

1 方法

1.1 樣品采集

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

1.2 重金屬測定

根據《海洋監測規范 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定，Cd采用無火焰原子吸收分光光度法測定，Zn采用火焰原子吸收分光光度法測定，Hg采用冷原子熒光法測定，As采用原子熒光法測定。

根據《海洋監測規范 第5部分：沉積物分析》（GB 17378.5—2007），將表層沉積物樣品風干、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定，Hg和As采用原子熒光法測定，V采用電感耦合等離子體質譜法測定。

根據《海洋監測規范 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定，Hg和As采用原子熒光法測定，V采用電感耦合等離子體質譜法測定。

1.3 數據處理

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

式中：Pi為重金屬i的單因子污染指數;Ci為重金屬i的質量濃度實測值;Si為重金屬i的環境質量標準值;P為單因子污染指數的平均值;n為污染指標個數;P為內梅羅綜合污染指數;Pimax為單因子污染指數的最大值。

海水的重金屬環境質量標準采用《海水水質標準》（GB 3097—1997）的一類海水水質標準;表層沉積物的重金屬環境質量標準采用《海洋沉積物質量》（GB 18668—2002）的一類海洋沉積物質量標準，其中V參考我國渤海表層沉積物中V含量的平均值7.5×10-5[8]，Ni參考我國香港相關標準規定的40 mg/kg[9];對于各類生物的重金屬環境質量標準，貝類采用《海洋生物質量》（GB 18421—2001）的一類海洋生物質量標準，魚類、甲殼類和頭足類采用《全國海岸帶和海涂資源綜合調查簡明規程》推薦的標準，標準中未涉及的重金屬不予考慮。

由于進入海洋的絕大部分重金屬會迅速由海水轉移至表層沉積物，表層沉積物的潛在生態風險是研究熱點之一。本研究采用瑞典學者提出的潛在生態風險指數評價表層沉積物的重金屬污染程度[10]，該指數不僅可反映某種重金屬污染物的單項影響，而且可反映多種重金屬污染物的綜合影響，并對潛在生態風險進行定量劃分[11]，計算公式為：

式中：Cif為重金屬i的污染系數;CiR為重金屬i的背景值;Eir為重金屬i的單項潛在生態風險指數;Tir為重金屬i的毒性系數;RI為多種重金屬的綜合潛在生態風險指數;m為參與計算的重金屬種類數。

由于表層沉積物中的Ni和V暫無背景值和毒性系數的研究數據，不參與潛在生態風險指數的計算。其他表層沉積物重金屬的背景值和毒性系數如表1和表2所示。

2 結果和分析

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，根據單因子污染指數的平均值，灣內、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標準;煉油排放的特征污染物Ni的實測平均值灣外低于灣內，特征污染物V均未檢出。

經計算，灣內、外海水中重金屬的內梅羅綜合污染指數分別為3.339和3.232，即灣外低于灣內。其原因可能是灣內石化工業、油品儲運、港口航運和海水養殖等排放重金屬污染物并不斷累積，而灣外受上述活動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，根據單因子污染指數的平均值，灣內、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量標準。

經計算，灣內、外表層沉積物中重金屬的內梅羅綜合污染指數分別為0.760和0.768，即灣內低于灣外。其原因可能是灣外V的最大值超標。

2.3 生物

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

2.3.1 魚類

于灣外采集樣品7類，分別為鹿斑鲾、麗葉鲹、二長棘鯛、龍頭魚、鲬、斑和皮氏叫姑魚;于灣內采集樣品10類，分別為海鰻、麗葉鲹、二長棘鯛、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，從某種重金屬來看，Cu、Cd、Ni和V的實測平均值灣外低于灣內。經計算，灣內、外魚類生物體內重金屬的內梅羅綜合污染指數分別為0.421和0.423，即灣內低于灣外。此外，Cu、Pb、Zn、Cd和Hg均符合《全國海岸帶和海涂資源綜合調查簡明規程》推薦的標準。

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蝦;于灣內采集樣品5類，分別為長毛對蝦、猛蝦姑、日本鱘、近緣新對蝦和口蝦姑。大亞灣海域甲殼類生物體內的重金屬殘留如表7所示。

由表7可以看出，從某種重金屬來看，Cu、Zn和Cd的實測平均值灣外低于灣內。經計算，灣內、外甲殼類生物體內重金屬的內梅羅綜合污染指數分別為0.213和0.114，即灣外低于灣內。此外，Cu、Pb、Zn、Cd和Hg均符合《全國海岸帶和海涂資源綜合調查簡明規程》推薦的標準。

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，從某種重金屬來看，Hg和V的實測平均值灣外低于灣內。經計算，灣內、外貝類生物體內重金屬的內梅羅綜合污染指數分別為0.516和0.673，即灣內低于灣外。此外，Cu、Pb、Zn、Cd和Hg均符合一類海洋生物質量標準。

2.3.4 頭足類

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

由表9可以看出，從某種重金屬來看，Hg和Ni的實測值灣內低于灣外。經計算，灣內、外頭足類生物體內重金屬的內梅羅綜合污染指數分別為0.050和0.030，即灣外低于灣內。此外，Cu、Pb、Zn、Cd和Hg均符合《全國海岸帶和海涂資源綜合調查簡明規程》推薦的標準。

綜上所述，從生物體內重金屬的內梅羅綜合污染指數來看，甲殼類和頭足類灣外低于灣內，而魚類和貝類灣內低于灣外，但差距均不明顯。

2.4 表層沉積物重金屬的潛在生態風險

大亞灣海域表層沉積物重金屬的單項/綜合潛在生態風險指數如表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的潛在生態風險等級為低，As的潛在生態風險等級為中，Cd的潛在生態風險等級為高，Hg的潛在生態風險等級為極高;多種重金屬的潛在生態風險等級為很高，但灣外的指數略低于灣內?？梢?，Hg為大亞灣海域首要潛在生態風險因子，并對綜合潛在生態風險貢獻較大，須引起高度關注。

3 結語

大亞灣區應進一步加強對入海污染物中重金屬的管控以及對海洋中重金屬的監測，同時深入對灣內、外海洋生態環境的對比調查和分析，從而提高海洋生態環境保護和治理的科學性和針對性。

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